硬度单位

常用的硬度单位有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。

1布氏硬度(HB)

以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。

2洛氏硬度(HR)

当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为159、318mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示：

HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料(如硬质合金等)。

HRB：是采用100kg载荷和直径158mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等)。

HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料(如淬火钢等)。

3 维氏硬度(HV)

以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度HV值(kgf/mm2)。

洛氏硬度中HRA、HRB、HRC等中的A、B、C为三种不同的标准，称为标尺A、标尺B、标尺C。

洛氏硬度试验是现今所使用的几种普通压痕硬度试验之一，三种标尺的初始压力均为9807N(合10kgf)，最后根据压痕深度计算硬度值。标尺A使用的是球锥菱形压头，然后加压至5884N(合60kgf)；标尺B使用的是直径为1588mm(1/16英寸)的钢球作为压头，然后加压至9807N(合100kgf)；而标尺C使用与标尺A相同的球锥菱形作为压头，但加压后的力是1471N(合150kgf)。因此标尺B适用相对较软的材料，而标尺C适用较硬的材料。

维氏硬度

　　代号：HV

　　单位：无

　　简介：维氏硬度 英文词条名：Vickers-hardness 表示材料硬度的一种标准。由英国科学家维克斯首先提出。以4903~9807N的负荷,将相对面夹角为136°的方锥形金刚石压入器压材料表面,保持规定时间后，用测量压痕对角线长度，再按公式来计算硬度的大小。它适用于较大工件和较深表面层的硬度测定。维氏硬度尚有小负荷维氏硬度，试验负荷1961~<4903N，它适用于较薄工件、工具表面或镀层的硬度测定；显微维氏硬度，试验负荷<1961N，适用于金属箔、极薄表面层的硬度测定

常见原子晶体有：

1、金刚石：

金刚石石墨的同素异形体，化学式为C，也是常见的钻石的原身。金刚石是自然界中天然存在的最坚硬的物质。石墨可以在高温、高压下形成人造金刚石。

2、晶体硼：

晶体硼呈黑灰色，硬度极高，与金刚石的硬度接近，其导电性差，但它的电导率却随着温度的升高而增大，从而显示出与金属导体的不同。

3、晶体硅：

晶体硅材料是最主要的光伏材料，性质为带有金属光泽的灰黑色固体、熔点高、硬度大、有脆性、常温下化学性质不活泼。

4、氮化硼：

氮化硼是由氮原子和硼原子所构成的晶体。化学组成为436%的硼和564%的氮，具有四种不同的变体：六方氮化硼、菱方氮化硼、立方氮化硼和纤锌矿氮化硼。

5、锗单晶：

锗单晶是不含大角晶界或孪晶的锗晶体。呈金刚石型晶体结构，是重要的半导体材料。锗单晶产品又包括太阳能级别锗单晶，红外级锗单晶和探测器级锗单晶。

竹炭是经独特工艺加工而成。炭质如刚，是不可多得的天然、绿色材料，在日本有“黑钻石”之称。对硫化物、氮化物、甲醛、苯、酚等有害物质具有超强的吸附能力(其吸附力是活性炭的三倍)。

将竹炭放入水中可去除水中的余氯及其它各种杂质，可使水中矿物质含量得到提高。

竹炭是有释放负离子的功效，有独特的净化空气作用。特别是对新装修的居室，能去除残留的各种有害气体，起到除臭、防腐、防潮、净化空气等作用。

用竹炭制成的床垫、枕头、坐垫，不仅具有吸湿、干燥、聚热作用,还具有发放红外线的功能，增强人体血液循环，促进新陈代谢的作用。

竹炭还可用作肥料，将竹炭放入土壤中，它能增强土壤吸收空气的功效，增加氧份，肥效是一般人工肥料的三倍。

工厂现有产品有生活用炭（冰箱除臭剂、床垫等等）、农业用炭、工艺炭等，产品齐全。竹炭作为新一代绿色、环保产品，市场前景广阔。

湖南沅水金刚石砂矿产于湖南中西部地区，位于太古宙–元古宙扬子克拉通和华夏地块的边缘，区内岩石经历了武陵、雪峰、加里东、印支、燕山、喜马拉雅等多个构造–岩浆活动，地质构造极为复杂，岩石建造叠加明显。不同地质学家从不同的角度出发对上述区域的构造归属有不同的理解，陈国达认为属于地台活化区（陈国达，1956），任纪舜等将该区分为扬子准地台和华南褶皱系（任纪舜，1960），李春昱和马杏垣认为可划为华南板块和华南亚板块（饶家荣，1999）。湖南413地质队的研究者认为，该地大地构造上属于扬子地台南缘，是微陆块或古岛弧组成的中新元古代活动带，其下有中等程度固结的、冷的和电导率低的地幔硬块存在，到古生代时期该区仍然处于克拉通环境，基底由深变质结晶基底和浅变质的褶皱基底组成（马文运，1997）。从较新的区域构造分区来看，本区出现钾镁煌斑岩的地区位于扬子板块和华夏地块的过渡带附近，位于江南古俯冲带的南端，在区域构造上受古亚洲-特提斯构造域的控制（舒良树等，2004）。

扬子陆块古老的基底主要由元古宙岩石组成（Chen and Jahn，1998），最老的古太古代片麻岩基底仅在湖北的黄陵地区有报道，稍晚的主要是新太古代川西康定群（30～24Ga）和鄂西崆岭群（29～27Ga）的变质老地层（杨明桂等，1994；沈其韩，2005）。近些年，在湖北、江苏、安徽，湖南、贵州等地陆续发现了古老的具有太古宙年龄的碎屑锆石及幔源锆石，证实了下扬子地区新太古代陆块岩石圈的存在（Qiu et al，2000；高山等，2001；涂荫玖等，2001；张旗等，2003；Zheng et al，2006）。扬子陆块古老基底地层具有双结构模式，由变质较深的太古宙–古元古代变质结晶基底和变质较浅的中–新元古代浅变质褶皱基底组成，变质岩原岩为中–新元古代的岛弧火山沉积为主，成熟度较低，变质程度较浅（Chen & Jahn，1998）。东南部的华夏地块（南华活动带），曾经是扬子陆缘和华夏古陆壳之间的新元古代–早古生代裂谷带（南华洋），加里东运动时期闭合，与扬子陆块组成古华南大陆壳。扬子陆块古老基底之上覆盖了一套分布广、厚度大的古生界–早中生界晚泥盆世、石炭纪、二叠纪、早三叠世等经历弱变质作用或未经历变质作用的浅海相碳酸盐岩和泥砂质岩系沉积地层，它们构成了全区晚中生代花岗岩和东南部火山-沉积岩系的围岩和基底盖层。

金刚石要能代替芯片的基本材料硅的话，母猪都能上树。在半导体发展 历史 上，最初流行锗半导体，不久就被硅半导体打败，最终硅统治了半导体王国，锗半导体仅在少数领域刷存在感。实话实说，金刚石虽然能俘虏女人的心，但在半导体行业人士眼里，商业价值甚至比不过锗。

下面，我条分缕析，一一解析原因。

要替代硅，元素含量必须丰富，容易开采

硅被称为“上帝赐给人类的财富”，原因之一是，它占地壳总质量的264%，是仅次于氧的含量第二丰富的元素，随便抓起一把沙子、泥土，拿起一块石头，里面都含有大量的硅的氧化物——二氧化硅。

相比之下，锗的含量只有100万分之7，含量十分稀少，而且几乎没有比较集中的锗矿，

这就造成锗的开采成本是硅的几百倍，商业价值很低。

金刚石虽然有集中的金刚石矿，但含量太少了。2015年，全球半导体级的多晶硅需求超过6万吨，每年都在增长。想要替代硅的话，上哪去找每年6万多吨的金刚石？

金刚石提纯难

金刚石含有或多或少的杂质，要去除这些杂质，以目前的 科技 ，很难做到。而硅的提纯相对容易得多，将硅石在电弧炉中熔化，用碳或石墨还原，得到硅含量985%的工业硅（又叫“金属贵”），然后粉碎成微细粉末，与液态氯化氢（不是盐酸，盐酸是氯化氢的水溶液）在大约300摄氏度发生反应，生成三氯氢硅，经蒸馏、精制，获得很高的纯度，然后将高纯三氯氢硅与超高纯氢发生还原反应，得到纯度99999999999%的多晶硅（比纯金多7个9），然后拉制单晶硅。

一根直径12英寸（目前最大）的单晶硅棒，高约2米，重约350公斤，纯度99999999999%，相当于100亿个硅原子中，允许1个杂质原子存在。

从上述过程可以看出，硅的提纯就是一系列连续的氧化、还原反应。要让化学反应产生，元素的化学性质需要相对活泼，但金刚石的主要成分是碳元素，碳的化学性质远不及硅活泼，难以进行去除杂质的氧化、还原反应，纯度提升很难。

金刚石加工难

在提纯难关之后，加工的难题才是最大的难题。制作芯片前，单晶硅棒需要切成薄片，硅的硬度虽然高，但可以利用自然界最硬的物质金刚石进行切割。

但，用金刚石做芯片基体材料，切割将是难题，用金刚石切割金刚石，效率低，费用高，只能用硬度更高的人造物质。

目前已知硬度最高的人造物质是碳炔，硬度是金刚石的40倍，但还处于试验阶段，未到大规模商业化阶段。如何将金刚石切片，现在还没有很好的解决办法。

就算不久的将来，碳炔能顺利商用，金刚石能被切成薄片，真正的难题来了：如何制造绝缘膜？

在硅片上制造绝缘膜非常方便，将硅片放到900摄氏度左右的高温水蒸气环境中，硅片就会与氧发生热氧化反应，在表面生长硅氧化膜——二氧化硅（玻璃的主要成分），然后对其涂抹光刻胶，进行刻蚀，再配合其它工艺和材料，就可以得芯片。硅氧化膜具有不吸潮、耐酸碱、导热性好、光学性能稳定、绝缘性能良好的特点（感觉抽象的，脑想想玻璃的特点），是芯片制作的前提，而且通过硅这种基体材料就可以方便地得到硅氧化膜，正是因为硅氧化膜如此重要，得来又如此容易，加上硅含量丰富，所以硅才被称为“上帝赐给人类的财富”。

金刚石做芯片基体的话，氧化膜从那里来？金刚石本身是纯碳，其氧化物是二氧化碳，常温下是气态，充当绝缘？那是不可能的，一形成人家就跑到空气中逍遥自在了。用其它氧化物？试验验证、工艺流程研发、设备改造，花钱海去了，还不一定能成功。

总之，用金刚石做芯片基体材料，不仅含量少，而且加工极难，商业价值极低，由于这些缺点，根本不可能取代硅在芯片行业的地位。

回答这个问题，必须弄清三方面问题：

我认为， 金刚石不能代替芯片的基体材料硅 。

哪些材料能用于芯片基体？

能用于制作芯片基体的半导体材料有如下几类：

由上述分类可以看出，金刚石的确是半导体材料，有做成芯片基体的潜能。接下来需要考虑，金刚石能否满足芯片对基体材料的要求。

金刚石能否替代硅？

这个问题需要从两者的化学特性和工业制作成本来考虑。

一、化学特性对比

硅有无定形硅和晶体硅两种同素异形体，晶体硅为灰黑色，无定形硅为黑色，密度232-234克/立方厘米，熔点1410 ，沸点2355 ，晶体硅属于原子晶体。不溶于水、硝酸和盐酸，溶于氢氟酸和碱液。硬而有金属光泽。

硅的电导率与其温度有很大关系，随着温度升高，电导率增大，在1480 左右达到最大，而温度超过1600 后又随温度的升高而减小。

金刚石它是一种由碳元素组成的矿物，是碳元素的同素异形体，金刚石是自然界中天然存在的最坚硬的物质。其结构是正八面体晶体，晶体中每个碳原子都以sp3杂化轨道与另外4个相邻的碳原子形成共价键，每四个相邻的碳原子均构成正四面体。晶体类型金刚石中的CC键很强，所有的价电子都参与了共价键的形成，没有自由电子，所以金刚石硬度非常大，不导电，熔点在3815 。金刚石在纯氧中燃点为720~800 ，在空气中为850~1000 。

二、工业制作对比

1原料成本

硅也是极为常见的一种元素，然而它极少以单质的形式在自然界出现，而是以复杂的硅酸盐或二氧化硅的形式，广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中。硅在宇宙中的储量排在第八位。在地壳中，它是第二丰富的元素，构成地壳总质量的264%，仅次于第一位的氧（494%）。

世界上有20多个国家赋存有金刚石矿产，主要分布在澳大利亚、非洲西部和南部，以及俄罗斯的亚洲部分。目前，全世界金刚石产量每年超过100百万克拉，其中宝石级15%，近宝石级38%，工业级47%。

相比于硅的来源，金刚石因存量少，原料成本是相当高的。

2制作成本

金刚石的出产是很复杂的，它需要经过采矿、粉碎、冲洗、沉淀、挑选、分类、切割、打磨以及抛光等诸多工序之后才能出现在市场上。从开采的大块岩石中将钻石分离出来是相当困难的。即使有先进的技术，发掘的过程仍然十分复杂。而生产一颗切磨好的1克拉重的金刚石，必须从钻石矿藏中挖出至少约250吨的矿土进行加工处理而成。

金刚石还因硬度太高，难以加工；此外，相比于单晶硅，金刚石提纯工艺复杂，很难提纯到6个9或7个9的等级。

总结

金刚石从理论上来说，是可以作为芯片基体材料的。但是，从工业制作的角度来说，原料储存少、加工难度大的金刚石，不适合替代硅制作芯片，即便制作出来了，价格也是难以承受的。

特殊情况，特殊对待。一般是没有那么替的

不会，因为它不具备半导体特性，而且加工提纯困难。

碳化硅（SIC）是半导体界公认的“一种未来的材料”，是新世纪有广阔发展潜力的新型半导体材料。预计在今后5 10年将会快速发展和有显著成果出现。促使碳化硅发展的主要因素是硅（SI）材料的负载量已到达极限，以硅作为基片的半导体器件性能和能力极限已无可突破的空间。而金刚石虽然说本质也是碳，但原子排列不一样，目前不能代替芯片材料！至少是几十年以内！

未来碳基芯片有可能替代硅基芯片。

金刚石是可以代替芯片的基体材料硅。

硅被采用作为芯片的基本材料，第一个是因为它储量巨大。硅在自然界并不单独存在，最常见的化合物是二氧化硅和硅酸盐，广泛存在于岩石、砂砾和尘土。如此作为芯片制造的基本材料，是非常容易得到。

第二个原因是硅提纯技术发展成熟，人类可以生产近乎完美的硅晶体

第三个原因是硅性质稳定，包括化学性质和物理性质。例如曾经做过芯体材料的锗，当温度达到75 以上时，其导电率有较大变化。对于芯片而言，此现象将会引发其性能的稳定性。硅相比锗，就优秀的多。

尽管硅有如此多的优点，作为半导体材料，用来制作芯片的基本组件晶体管。但是，随着现代经济的发展，在越来越多的需要提高速度、减少延迟和光检测的应用中，硅正在达到性能的极限。为此需要寻求新材料的突破，从而制造全新的芯片。

金刚石，俗称钻石，如果用纯天然的钻石制造芯片，价格昂贵，且芯片总体数量是可预估的。但是金刚石原料的储量是可以依靠人造钻石来解决。

其次，在性质表现方面，钻石作为半导体材料具有最好的绝缘耐压性和最高的热传导率。人们通常观念里认为钻石不导电，该说法不严谨，实际上钻石电阻非常大。但是目前日本研究员在钻石中掺进杂质解决了该问题，并首次制成双极型晶体管，为研究节能半导体元件开辟了道路。

设想钻石作为半导体制作的手机芯片出现，由于耐受高温的特性，电子元器件的老化会得到有效遏制，自然智能手机的电子寿命会延长。其次该芯片能够减少发热量，手机会变得更薄，省下来的空间也可以用来提升手机性能。这仅仅是手机领域，像重工业和航天工业借助钻石芯片受惠更多。

金刚石是可以替代硅的，只是目前还存在一定的技术难度，需要科研人员努力 探索 。

硅的性质，氧化二氧化硅，可作绝缘材料，单晶硅，渗其它元素后，形成极性，可外延可，气相叠加，可化学刻录图案，而金刚石，是碳，有以工能吗，如有气相叠加单晶硅，有可以作极性材料，一是散热率，二导电率。

对这个问题我们首先分析这两种材料的特性之后再做判断。

一、硅

化学成分

硅是重要的半导体材料，化学元素符号Si。电活性杂质磷和硼在合格半导体和多晶硅中应分别低于04ppb和01ppb。拉制单晶时要掺入一定量的电活性杂质，以获得所要求的导电类型和电阻率。重金属铜、金、铁等和非金属碳都是极有害的杂质，它们的存在会使PN结性能变坏。硅中碳含量较高，低于1ppm者可认为是低碳单晶。碳含量超过3ppm时其有害作用已较显著。硅中氧含量甚高。氧的存在有益也有害。直拉硅单晶氧含量在5 40ppm范围内；区熔硅单晶氧含量可低于1ppm。

硅的性质

硅具有优良的半导体电学性质。禁带宽度适中，为112电子伏。载流子迁移率较高，电子迁移率为1350厘米2/伏·秒，空穴迁移率为480厘米2/伏·秒。本征电阻率在室温(300K)下高达23 105欧·厘米,掺杂后电阻率可控制在104 10-4 欧·厘米的宽广范围内，能满足制造各种器件的需要。硅单晶的非平衡少数载流子寿命较长,在几十微秒至1毫秒之间。

热导率较大。化学性质稳定，又易于形成稳定的热氧化膜。在平面型硅器件制造中可以用氧化膜实现PN结表面钝化和保护，还可以形成金属-氧化物-半导体结构,制造MOS场效应晶体管和集成电路。上述性质使PN结具有良好特性，使硅器件具有耐高压、反向漏电流小、效率高、使用寿命长、可靠性好、热传导好，并能在200高温下运行等优点。

技术参数

硅单晶主要技术参数有导电类型、电阻率与均匀度、非平衡载流子寿命、晶向与晶向偏离度、晶体缺陷等。

导电类型导电类型由掺入的施主或受主杂质决定。P型单晶多掺硼，N型单晶多掺磷,外延片衬底用N型单晶掺锑或砷。

电阻率与均匀度拉制单晶时掺入一定杂质以控制单晶的电阻率。由于杂质分布不匀，电阻率也不均匀。电阻率均匀性包括纵向电阻率均匀度、断面电阻率均匀度和微区电阻率均匀度。它直接影响器件参数的一致性和成品率。

非平衡载流子寿命光照或电注入产生的附加电子和空穴瞬即复合而消失，它们平均存在的时间称为非平衡载流子的寿命。非平衡载流子寿命同器件放大倍数、反向电流和开关特性等均有关系。寿命值又间接地反映硅单晶的纯度，存在重金属杂质会使寿命值大大降低。

晶向与晶向偏离度常用的单晶晶向多为 (111)和(100)（见图）。晶体的轴与晶体方向不吻合时，其偏离的角度称为晶向偏离度。

单晶硅的制作

硅单晶按拉制方法不同分为无坩埚区熔(FZ)单晶与有坩埚直拉(CZ)单晶。区熔单晶不受坩埚污染，纯度较高，适于生产电阻率高于20欧·厘米的N型硅单晶（包括中子嬗变掺杂单晶）和高阻 P型硅单晶。由于含氧量低，区熔单晶机械强度较差。

大量区熔单晶用于制造高压整流器、晶体闸流管、高压晶体管等器件。直接法易于获得大直径单晶，但纯度低于区熔单晶，适于生产20欧·厘米以下的硅单晶。由于含氧量高,直拉单晶机械强度较好。大量直拉单晶用于制造MOS集成电路、大功率晶体管等器件。外延片衬底单晶也用直拉法生产。硅单晶商品多制成抛光片，但对FZ单晶片与CZ单晶片须加以区别。外延片是在硅单晶片衬底（或尖晶石、蓝宝石等绝缘衬底）上外延生长硅单晶薄层而制成，大量用于制造双极型集成电路、高频晶体管、小功率晶体管等器件。

单晶硅的应用

单晶硅在太阳能电池中的应用，高纯的单晶硅是重要的半导体材料。在光伏技术和微小型半导体逆变器技术飞速发展的今天，利用硅单晶所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能，实现了迈向绿色能源革命的开始。

二、金刚石

金刚石俗称“金刚钻”。也就是我们常说的钻石的原身，它是一种由碳元素组成的矿物，是碳元素的同素异形体。金刚石是自然界中天然存在的最坚硬的物质。金刚石的用途非常广泛，例如：工艺品、工业中的切割工具。石墨可以在高温、高压下形成人造金刚石。也是贵重宝石。

化学性质

金刚石是在地球深部高压、高温条件下形成的一种由碳元素组成的单质晶体，是指经过琢磨的金刚石。金刚石是无色正八面体晶体，其成分为纯碳，由碳原子以四价键链接，为目前已知自然存在最硬物质。由于金刚石中的C-C键很强，所有的价电子都参与了共价键的形成，没有自由电子，所以金刚石硬度非常大，熔点在华氏6900度，金刚石在纯氧中燃点为720~800 ，在空气中为850~1000 ，而且不导电。

结构性质

金刚石结构分为；等轴晶系四面六面体立方体与六方晶系钻石。

在钻石晶体中，碳原子按四面体成键方式互相连接，组成无限的三维骨架，是典型的原子晶体。每个碳原子都以SP3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键，构成正四面体。由于钻石中的C-C键很强，所以所有的价电子都参与了共价键的形成，没有自由电子，所以钻石不仅硬度大，熔点极高，而且不导电。在工业上，钻石主要用于制造钻探用的探头和磨削工具，形状完整的还用于制造手饰等高档装饰品，其价格十分昂贵。

结论：金刚石不能代替芯片的基体材料硅。

不要再提 豫金刚石 啦，它已经被关啦

碳元素简介

碳是一种非金属元素，位于元素周期表的第二周期IVA族。拉丁语为Carbonium，意为“煤，木炭”。汉字“碳”字由木炭的“炭”字加表固体非金属元素的石字旁构成，从“炭”字音。

它的化学符号是C，它的原子序数是6，电子构型为[He]2s22p2。碳是一种很常见的元素，它以多种形式广泛存在于大气和地壳之中。碳单质很早就被人认识和利用，碳的一系列化合物——有机物更是生命的根本。

元素原子量：12．01

质子数：6

原子数：7

原子序数：6

周期：2

族：IVA

电子层分布：2－4

原子体积:(立方厘米/摩尔) 458

原子半径（计算值）：70（67）pm

共价半径：77 pm

范德华半径： 170 pm

电子构型 ：[氦]2s22p2

电子在每能级的排布： 2，4

氧化价（氧化物）： 4，3,2（弱酸性）

颜色和外表：黑色（石墨） 无色（金刚石）

物质状态 ：固态

物理属性： 反磁性

熔点：约为3 550 ℃（金刚石）

沸点：约为4 827 ℃（升华）

摩尔体积 529×10-6m3/mol

元素在太阳中的含量:(ppm) 3000

元素在海水中的含量:(ppm) 太平洋表面 23

元素在地壳中含量：（ppm）4800

碳元素性状

碳单质通常是无臭无味的固体。单质碳的物理和化学性质取决于它的晶体结构，外观、密度、熔点等各自不同。

碳的单质已知以多种同素异形体的形式存在：

莫氏硬度：石墨1-2 金刚石 10 金刚石

氧化态： Main C-4, C+2, C+4 Other

化学键能： (kJ /mol) C-H 411 C-C 348 C=C 614 C≡C 839 C=N 615 C≡N 891 C=O 745 C≡O 1074

晶胞参数： a = 2464 pm b = 2464 pm c = 6711 pm α = 90° β = 90° γ = 120°

电离能 (kJ/ mol) M - M+ 10862 M+ - M2+ 2352 M2+ - M3+ 4620 M3+ - M4+ 6222 M4+ - M5+ 37827 M5+ - M6+ 47270

密度、硬度：密度为3513 g/cm3(金刚石)、2260 g/cm3(石墨)（20 ℃)、 05 (石墨) 100 (钻石)

电负性 255（鲍林标度）

比热 710 J/(kg·K)

电导率 0061×10-6/(米欧姆)

热导率 129 W/(m·K) 第一电离能 10865 kJ/mol 第二电离能 23526 kJ/mol 第三电离能 46205 kJ/mol 第四电离能 62227 kJ/mol 第五电离能 37831 kJ/mol 第六电离能 472770 kJ/mol

常温下单质碳的化学性质比较稳定，不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂。 同位素 目前已知的同位素共有十二种，有碳8至碳19，其中碳12和碳13属稳定型，其余的均带放射性，当中碳14的半衰期长达五千多年，其他的均全不足半小时。 在地球的自然界里，碳12在所有碳的含量占9893%，碳13则有107%。C的原子量取碳12、13两种同位素丰度加权的平均值，一般计算时取1201。 碳12是国际单位制中定义摩尔的尺度，以12克碳12中含有的原子数为1摩尔。

碳14由于具有较长的半衰期，被广泛用来测定古物的年代。 成键 碳原子一般是四价的，这就需要4个单电子，但是其基态只有2个单电子，所以成键时总是要进行杂化。最常见的杂化方式是sp3杂化，4个价电子被充分利用，平均分布在4个轨道里，属于等性杂化。这种结构完全对称，成键以后是稳定的σ键，而且没有孤电子对的排斥，非常稳定。金刚石中所有碳原子都是这种以此种杂化方式成键。烷烃的碳原子也属于此类。

根据需要，碳原子也可以进行sp2或sp杂化。这两种方式出现在成重键的情况下，未经杂化的p轨道垂直于杂化轨道，与邻原子的p轨道成π键。烯烃中与双键相连的碳原子为sp 2杂化。 由于sp2杂化可以使原子共面，当出现多个双键时，垂直于分子平面的所有p轨道就有可能互相重叠形成共轭体系。苯是最典型的共轭体系，它已经失去了双键的一些性质。石墨中所有的碳原子都处于一个大的共轭体系中，每一个片层有一个。

碳元素的化合物

碳的化合物中，只有以下化合物属于无机物：

碳的氧化物、硫化物：一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、二硫化碳(CS2)、碳酸盐、碳酸氢盐、氰一系列拟卤素及其拟卤化物、拟卤酸盐：氰(CN)2、氧氰，硫氰。

其它含碳化合物都是有机化合物。由于碳原子形成的键都比较稳定，有机化合物中碳的个数、排列以及取代基的种类、位置都具有高度的随意性，因此造成了有机物数量极其繁多这一现象，目前人类发现的化合物中有机物占绝大多数。

有机物的性质与无机物大不相同，它们一般可燃、不易溶于水，反应机理复杂，现已形成一门独立的分科 有机化学。 分布 碳存在于自然界中(如以金刚石和石墨形式)，是煤、石油、沥青、石灰石和其它碳酸盐以及一切有机化合物的最主要的成分，在地壳中的含量约0027%。碳是占生物体干重比例最多的一种元素。碳还以二氧化碳的形式在地球上循环于大气层与平流层。 在大多数的天体及其大气层中都存在有碳。

发现 金刚石和石墨史前人类就已经知道。 富勒烯则于1985年被发现，此后又发现了一系列排列方式不同的碳单质。 同位素碳14由美国科学家马丁·卡门和塞缪尔·鲁宾于1940年发现。 碳是生铁、熟铁和钢的成分之一，在生铁中的质量分数为2%~43%，在钢中的质量分数为003%~2%。 碳能在化学上自我结合而形成大量化合物，在生物上和商业上是重要的分子。生物体内大多数分子都含有碳元素。碳化合物一般从化石燃料中获得，然后再分离并进一步合成出各种生产生活所需的产品，如乙烯、塑料等。 在没有特别注明的情况下使用的是 国际标准基准单位单位和标准气温和气压 碳,原子序数6,原子量12011。元素名来源拉丁文，原意是“炭”。碳是自然界中分布很广的元素之一，在地壳中的含量约027%。碳的存在形式是多种多样的，有晶态单质碳如金刚石、石墨；有无定形碳如煤；有复杂的有机化合物如动植物等；碳酸盐如大理石等。 单质碳的物理和化学性质取决于它的晶体结构。高硬度的金刚石和柔软滑腻的石墨晶体结构不同，各有各的外观、密度、熔点等。 常温下单质碳的化学性质比较稳定，不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂；不同高温下与氧反应，生成二氧化碳或一氧化碳；在卤素中只有氟能与单质碳直接反应；在加热下，单质碳较易被酸氧化；在高温下，碳还能与许多金属反应，生成金属碳化物。

单质碳的三种形式

最常见的两种单质是高硬度的金刚石和柔软滑腻的石墨，它们晶体结构和键型都不同。金刚石每个碳都是四面体4配位，类似脂肪族化合物；石墨每个碳都是三角形3配位，可以看作无限个苯环稠合起来。

1 金刚石（diamond）

最为坚固的一种碳结构，其中的碳原子以晶体结构的形式排列，每一个碳原子与另外四个碳原子紧密键合，最终形成了一种硬度大、活性差的固体。

金刚石的熔点超过3500℃，相当于某些恒星表面温度。

2石墨（graphite）

石墨中碳原子以平面层状结构键合在一起，层与层只见键合比较脆弱，因此层与层之间容易被滑动而分开

3富勒烯（fullarene）

1985年由美国德克萨斯州罗斯大学的科学家发现。

富勒烯中的碳原子是以球状穹顶的结构键合在一起。

其他碳结构

富勒烯（Fullerenes，也被称为巴基球）

无定形碳（Amorphous，不是真的异形体,内部结构是石墨）

碳纳米管（Carbon nanotube）

六方金刚石（Lonsdaleite，与金刚石有相同的键型，但原子以六边形排列，也被称为六角金刚石）

赵石墨（Chaoite，石墨与陨石碰撞时产生，具有六边形图案的原子排列）

汞黝矿结构（Schwarzite，由于有七边形的出现，六边形层被扭曲到“负曲率”鞍形中的假想结构）

纤维碳（Filamentous carbon，小片堆成长链而形成的纤维）

碳气凝胶（Carbon aerogels，密度极小的多孔结构，类似于熟知的硅气凝胶）

碳纳米泡沫（Carbon nanofoam，蛛网状，有分形结构，密度是碳气凝胶的百分之一，有铁磁性）