#材料科学#
0.引子
不过，巴灵顿先生认为钻石和石墨这两种碳是彼此为敌的，这一点也没错。一边是漆黑、实用又适合表达的石墨，一边是崇高、冰冷、坚硬而闪耀的钻石，双方从远古一直缠斗至今。
提起碳，大家会想起什么呢，是我们常喝的碳酸饮料？是我们常用的碳素笔？还是我们经常能听到的“双碳”经济？今天小Q将带来《迷人的材料》第八章内容导读，全章分为“钻石是最昂贵的碳结构”、“潇洒的钻石大盗”、“钻石变石墨”、“煤炭化为黑玉”、“合成多种碳结构”、“更轻更强的碳纤维”以及“神奇材料石墨烯”七个小节。
各种各样的碳的同素异形体1.坚不可摧的钻石
一提起钻石，大家肯定会想起“钻石恒久远，一颗永留存”这句经典的广告词吧。其实钻石并不神秘，用材料学的角度来看，钻石不过是碳的同素体的一种。作者在第一节到第二节中向我们普及了钻石的相关知识。
钻石图例钻石的硬度很大，这与它的晶体结构以及晶格内碳原子的排列方式有关：钻石晶体沿()的晶面方向最容易生长，因此大多数的天然钻石都是正八面体结构。而晶格内部的碳原子相互之间形成sp3杂化轨道，没有自由电子，键能很强。十多年前，钻石是世界上最硬的物质，但是后来随着蓝丝黛尔石、纳米孪晶立方氮化硼等材料的出现，钻石就让出了自己“硬度之王”的宝座了。
钻石的正八面体晶格2.石墨与石墨烯
与人见人爱的钻石相比，石墨在她的面前是那么的卑微且容易被人遗忘。钻石对可见光的色散程度很高，往往会发出璀璨的光芒；而它“同父异母”的兄弟石墨却呈现金属光泽的深灰色。说他们同父，是因为他们具有相同的元素；说他们异母，石墨中碳原子的成键方式为sp2杂化，属于六角晶系，需要指明的是，相比于石墨，钻石的化学性质并不稳定，在经过很长的时间后，钻石最终会变化成石墨。
石墨微观结构与钻石相比，尽管石墨拥有更强的化学键能，但是由于层间结合为范德瓦耳斯力，因此很容易产生滑移，所以石墨偏软。虽然没有钻石那华丽的外表，但是石墨在生活中应用相当广泛，它拥有良好的润滑性、耐环境性、导电性和导热性。比如我们写字用的铅笔、高铁上受电弓的电刷、电池的电极材料等等。
海姆的团队问了一个更简单的问题∶既然这些新的碳原子排列方式都以石墨的六角形结构为基础，而石墨本身又是一层层六角形平面堆栈而成的，那为何石墨不是我们在找的魔术材料?
然而，科学家们对石墨的导电性和导热性表现并不满意，它们猜想石墨是否能以单层的形式存在，在经过各种尝试与失败后，年，英国的科学家们用机械剥离的方法制备了新型的二维材料——石墨烯。理想状态下，它比石墨更轻，导电导热性能更优，作者也在书中提到石墨烯很有可能成为迷你发电厂，取代硅芯片成为所有数字运算和通信的核心。
理想石墨烯结构3.轻便的碳纤维
对于石墨而言，层间结合力太弱始终是一个限制它用于承载的缺陷。作者在书中指出，为了实现飞机的减重，人们一直在苦苦寻找能够代替木材和金属铝的材料，年英国皇家航空研究院的工程师们将石墨纺丝后卷曲，形成了具有极高强度的碳纤维，以环氧树脂为基体与其制成复合材料(CFRP)可取代金属铝用作飞机上的部件。
全碳纤维机身飞机不仅如此，碳纤维在体育方面也得到应用：以碳纤维制成的自行车，更轻，风阻更小，年有人用自行车创造了1小时骑行56.公里的记录。以碳纤维制成的球拍，比金属球拍击打手感更好。甚至在田径赛场上，有人通过穿戴碳纤维假肢参加比赛，获得不错的成绩。
4.烛光催生碳家族的新成员
毫不起眼的烛光居然诞生了年的诺贝尔化学奖，作者在倒数第二节中提到，HaroldKroto团队发现烛光中的碳原子会自发排列成超分子，里面包含了60个碳原子，这就是富勒烯C60的发现。
富勒烯结构而富勒烯的出现更加激发了人类对碳的新结构的探索，很快，另一种碳的排列结构就被人发现了，它就是碳纳米管。碳纳米管也可以理解成卷曲的单层石墨烯，更令人惊奇的是，碳纳米管在形成时是自发的卷曲，不需要太复杂的技术，甚至在烛光里也可以形成，与碳纤维相比，它具有更高的比强度，更好地导电性。
碳纳米管结构5.结语
不少专家认为21世纪是碳材料世纪，在读完《迷人的材料》第八章后，小Q本人非常赞成这个观点，如今碳材料已经渗入了我们生活中的方方面面，大到航空航天的发展，小到我们写字用的铅笔，我们无时不刻不在和碳材料打交道。小Q相信，如同富勒烯、石墨烯以及碳纳米管一样，碳材料的发展将继续引领人类科技的革命。最后，小Q想发起一个投票“你们是如何看待石墨烯的前景呢？”
单选
如何看待石墨烯在未来的发展前景
石墨烯会引领工业革命石墨烯很难广泛应用石墨烯产业化仍需改进石墨烯会被其它材料取代打开百度APP进行投票往期回顾
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