碳素是什么材质

碳素材料定义

碳是一种非金属元素，位于元素周期表的第二周期IVA 族。

碳元素广泛存在于地球和宇宙中，是地球上化合物最多的元素。在水和空气中碳主要以碳酸、碳酸盐和二氧化碳的形式存在；矿物界有各种碳酸盐、煤、天然石墨和金刚石等，还有石油和天然气等碳氢化合物。碳是组成一切动植物的基本元素。碳在自然界中的丰度为008%，占地壳中各元素含量的第13 位。

下“碳素”和“炭素”的关系及区别。按一般较为规范的说法，“碳素材料”一般指碳元素、含碳元素为主的原材料；而“炭素材料”一般指以含碳元素为主的原材料生产而成的各种制品和产成品。但是由于历史和习惯等原因，整个学术界和石墨行业并没有严格的界限。

碳素材料的简要发展史

碳素材料分类

中商碳素研究院

碳产业属于基础原料产业，是国民经济发展不可或缺的。碳工业是一个利用石化和煤化工废渣进行深加工和再利用的新兴产业。这是一种二次能源利用，符合循环经济的理念。同时，由于碳材料的物理化学性能和机械性能在一定条件下优于金属材料和高分子材料，具有良好的导电性、热稳定性和化学稳定性，以及高耐腐蚀性、高温高强度、自润滑等特点，碳工业也是一个高科技产业。碳材料及其产品已广泛应用于冶金、电子、化工、机械、体育器材、医疗、能源、航空航天、核工业和军事等领域，并被列为以往所有国家技术发展政策的重点发展内容。尽管我国现在是碳产品的主要生产国和出囗国，但高端产品很难在国际市场上有发言权。至于高技术碳产品和某些领域的特殊碳产品，我们与主要碳国家仍有差距。促进高附加值产品的发展是该行业未来的发展重点。根据对碳材料行业发展趋势的分析，高科技碳产品的研究、开发和应用领域非常广泛。在核工业中，核反应堆中子减速剂和反射器、同位素生产用热柱石墨、高温气冷堆石墨、火箭和导弹喷嘴喉衬、气体舵、燃烧室、鼻锥和护罩都是特殊的石墨产品。去年，我国的碳产品产量超过800万吨，而特种石墨产品的产量只有3万吨左右，进口量很大。

等静压石墨等静压石墨是近年来出现的一种新型碳材料。它在电阻率、抗弯强度和抗压强度方面优于高纯石墨。此外，由于其独特的各向同性，广泛应用于单晶硅制造、高温气冷堆、机械密封、块孔换热器、精密电子仪器加工等新兴领域，引起了众多碳素企业的关注。高纯石墨的平均价格为2万元/吨，利润仅为2000元，而等静压石墨的价格过10万/元吨，利润至少为2万元/吨，非常有吸引力。目前，中国每年消耗世界上约1/4的等静压石墨产品，但每年从国外进囗约3/4的产品并由外国企业控制。目前，这种材料被国际社会视为战略材料。自力更生，限制对华出囗，发展等静压石墨材料已成为当务之急。

碳纤维复合材料碳纤维复合材料具有更广泛的应用领域。它广泛应用于航空航天、航空、核工业、高能物理、医疗、交通、建筑等领域。自行车架、划艇、独木舟、滑雪板、滑水板、冲浪板、高尔夫球杆、网球拍、标枪、杆跳高、钓鱼竿、冰球杄等都是由碳纤维复合材料制成的。目前，大量上述运动器材都是进口的。碳产业应加强产学研结合，加大科研实力，防止资本和技术分离。适当引进国外关键生产设备和检测仪器，并根据自己的原料进行消化和再吸收；组建中国等静压石墨产业联盟，合理布局生产企业，帮助企业实现产品差异化生产；打破行业技术垄断，促进企业间技术转移，实现技术互补。分析碳素材料行业的发展趋势，一些企业表示，在生产高附加值的特殊产品时，国内原材料性能的不稳定也是除技术和设备方面以外的主要障碍。由于渠道分散，生产厂家众多，国内石油焦的水分含量、金属元素含量、粒度等性能参数差异大，波动范围广。即使原材料是从一家企业购买的，产品性能也会有很大差异。为了生产高质量的产品，碳素生产企业必须从国外进囗高质量的原材料。对此，业内专家呼吁尽快制定适当的标准来规范产品供应。

碳纤维和碳素纤维没有区别，二者是指同一物质，通常都称为碳纤维。

碳纤维由碳元素组成的一种特种纤维，含碳量在90%以上的高强度高模量纤维。耐高温居所有化纤之首。用腈纶和粘胶纤维做原料，经高温氧化碳化而成。是制造航天航空等高技术器材的优良材料。

碳纤维具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性 外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。

扩展资料：

碳纤维的用途：

1、在民用航空领域，高端碳纤维增强材料主要应用于民用大型飞机的制造。

2、在体育休闲领域，碳纤维增强材料主要应用于高尔夫球棒、钓鱼竿、网球拍框架及碳纤维自行车制作。据估计，目前世界范围内高尔夫球棒的年产量为3400万副，主要产地在美国、日本、中国大陆和台湾。

3、在军用航空领域，高性能碳纤维复合材料主要应用于导弹弹头、弹体箭体、发动机壳体的结构部件和卫星主体结构承力上，其中碳/碳和碳/酚醛复合制品是弹头端头和发动机喷管的重要防热材料。

-碳纤维

顾名思义，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景，综观多种新兴的复合材料(如高分子复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料)的优异性能，不少人预料，人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。

碳60是一种由60个碳原子构成的分子，形似足球，又名足球烯。

用途：具有特殊的化学活性，能进行加成反应而生成各种衍生物。

C₆₀物理性质：

在室温下为紫红色固态分子晶体，有微弱荧光。分子的直径约为71埃（1埃= 10⁻¹º米，即一百亿分之一米）,密度为168g/cm3。分子轨道计算表明，足球烯具有较大的离域能。具有金属光泽，有许多优异性能，如超导、强磁性、耐高压、抗化学腐蚀。

C₆₀化学性质：

会发生周环反应、加氢还原、羟基反应、开孔反应、氧化还原、加成反应、金属反应、颜色反应等一系列化学反应。

C60是单纯由碳原子结合形成的稳定分子，它具有60个顶点和32个面，其中12个为正五边形，20个为正六边形。

扩展资料：

研发历程：

1971年，大泽映二发表《芳香性》一书，其中描述了C₆₀分子的设想。

1980年，饭岛澄男在分析碳膜的透射电子显微镜图时发现同心圆结构，就像切开的洋葱，这是C₆₀的第一个电子显微镜图。 1983年，克罗托蒸发石墨棒产生的碳灰的紫外可见光谱中发现215nm和265nm的吸收峰，他们称之为“驼峰”，他们推断出这是富勒烯产生的。

1984年，富勒烯的第一个光谱证据是在1984年由美国新泽西州的艾克森实验室的罗芬等人发现的，但是他们不认为这是C₆₀等团簇产生的。

1985年，英国化学家哈罗德·沃特尔·克罗托博士和美国科学家理查德·斯莫利等人在氦气流中以激光汽化蒸发石墨实验中首次制得由60个碳组成的碳原子簇结构分子C₆₀，并推测这个团簇是球状结构。

1990年，克利斯莫（Kriischmer）等人第一次报道了大量合成C₆₀的方法，才使得C₆₀的研究得以大量展开。

——碳60