武汉元硕 什么是碳晶

■ 什么是碳晶

碳carbon属于非金属元素，碳是自然界中分布很广的元素之一，在地壳中的含量约0.027%。

碳的存在形式是多种多样的：

①有晶态单质碳如金刚石、石墨；

②有无定形碳如煤；

③有复杂的有机化合物如动植物等；碳酸盐如大理石等。

晶态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。

常温下晶态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……，在工业高科技上和医药高科技上，碳晶和它的化合物用途极为广泛。

截止1998年底，在全球最大的化学文摘——美国化学文摘上登记的化合物总数为18.8百万种，其中绝大多数是碳的化合物。

众所周知，生命的基本单元氨基酸、核苷酸是以碳元素做骨架变化而来的。先是一节碳链一节碳链地接长，演变成为蛋白质和核酸；然后演化出原始的单细胞，又演化出虫、鱼、鸟、兽、猴子、猩猩、直至人类。这三四十亿年的生命交响乐，它的主旋律是碳的化学演变。可以说，没有碳，就没有生命。碳，是生命世界的栋梁之材。

1991年，霍夫曼(Donald Huffman)和克雷许梅( Wolfgang Krätschmer)以电弧放电法高温加热石墨棒，从炭灰中分离出大量的碳六十，还有相关的碳簇(carbon clusters)分子如C70、C84、C120…等，统称为富乐烯(fullerenes)，从此碳的同素异形体(allotrope)就不限于金刚石、石墨。
     1991年日本NEC的饭岛澄男(Sumio Ijima)也用电弧放电制造C60，在炭灰中发现了多层结构的奈米碳管(multi-walled carbon nanotubes，简写成mwnt)，随后饭岛与IBM的白颂(D. Bethune)各自独立制造出单层结构的奈米碳管(single-walled carbon nanotubes，简写成swnt)。顾名思义，奈米碳管就是由碳原子构成的中空碳管，就像是石墨层卷成管子，正是理想的奈米单元建材。早在1940年代，电气炉边就曾发现有直径达数奈米至数微米的细碳丝，但数量非常少，当时没有被重视。紧随着奈米碳管的发现，奈米科技时代揭开序幕。