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发布日期:2018-03-09 作者: 点击:

碳元素是自然界中存在的与人类最密切相关、最重要的元素之一,它具有SP、SP2、SP3杂化的多样电子轨道特性,在加之SP2的异向性导致晶体的各向导性和其它排列的各向导性。因此以碳元素为唯一构成元素的碳素材料具有各式各样的性质,并且新碳素相合新碳素材料还不断被发现和人工制得。事实上,没有任何元素能像碳这样作为单一元素可形成像三维金刚石晶体、二维石墨层片、一维卡宾和碳纳米管、零维富勒烯分子等如此之多的结构与性质完全不同的物质。表1给出了碳的化学键合及其形成的各种典型有机物、无机物和碳相的例子。
表1 碳的化学键合及其形成的化合物和碳相

  键合方式
共价键离子键 金属键
范德华力 分子键合
Sp杂化SP2杂化SP3杂化
Sp SP2 SP3
杂化混合
配位数234不定6、8、12
平均C-C
距离(mm)
0.121
0.133
0.142
0.154
0.119
0.124
0.335
结合能kj/mol463520


典型例有机物或无机物乙炔(C2H2)
乙炔(C2H4)
苯(C6H6)
金刚烷(C10H16)
环十二烷(C12H18)
(CF)n、SiC、B4C

CaC2
Fe3C
Al4C3
分子性层间
化合物
(C8K等)
已确定碳相(聚炔累积烯烃
卡宾
(六方晶棱面体晶C60)
石墨(面内)(立方晶、六方晶)
n-金刚石
金刚石
过渡态
(各种碳材料)

C60石墨(层间)
尚未明确的碳相
C2~C20
碳分子
1-石墨
3d-sp2
bct-4
聚苯
6H-金刚石BC-8
碳苯
(carbophene)
石墨炔类
(graphynes)
Sc 、bcc、 fcc
β- tin hcp

表2 碳素系功能材料的种类

Sic
C
CN
零维
一维
二维
三维
无定型
物质
3c -Sic
6h -Sic
富勒烯
纳米管
卡宾
碳纤维
石墨
石墨烯
金刚石
无定型碳
金刚石碳
β-C3N4
制备方法
升华再结晶
CVD
LPE
MBE
热CVD法
烧蚀法
放电法
碱化处理
放电法
氟化氢分解法
热CVD法
加热蒸发法
烧蚀法
高压合成法
CVD法
CVD法
PVD法
溅射法
等离子体法
离子束溅法
烧蚀法
形态
单晶
块体
薄膜
单晶
薄膜
分子纤维
分子纤维
微晶
单晶
定向结晶
微晶
单晶
粒状
薄膜
无定型
薄膜
块状
纤维
微晶
特征
高强度
耐环境性
半导体性
催化功能
强磁性
超导性
导电性
高强度
催化功能
导电性
催化功能
插层
高硬度
高热传导性
高耐热性
耐磨蚀性
高硬度
耐腐蚀性
导电性
高硬度(预测)
用途
电力-电子
材料
超润滑材料
非线性光学材料
超轻质材料
超高强材料
能原材料
电极材料
X射线光学材料
超润滑材料
高频材料
电力-电子材料
超润滑材料
电极材料
保护涂层
催化剂载体


本文网址:http://www.nacarbon.cn/news/363.html

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