“碳氏”家族新材料

自然界中含碳元素的物質占物質總數的90%，不僅如此，近半個世紀以來，在這個龐大的“碳氏”家族中，新型材料又異軍突起，成為科技創新領域的新亮點。

富勒烯

同學們對富勒烯或許感到陌生，但C60想必大家都知道。富勒烯指的是一類物質，任何由碳一種元素組成，以球狀、橢圓狀或管狀結構存在的物質，都可以被叫做富勒烯。富勒烯與石墨結構類似，但石墨的結構中只有六元環，而富勒烯中可能存在五元環。1985年，美國科學家羅伯特·科爾等人制備出了C60。1989年，德國科學家哈夫曼和克拉策門的實驗證實了C60的籠型結構，從此富勒烯被科學界推向一個嶄新的研究階段。富勒烯的結構和建筑師布克米尼斯特·富勒的代表作相似，所以被稱為富勒烯。其應用領域包括：非線性光學器件、光導體、超導材料、護膚品、有機太陽能電池、催化劑、抗癌藥物、CVD金剛石膜、高強度碳纖維、高能轟擊粒子等。

碳納米管

碳納米管，又名巴基管，是一種具有特殊結構（徑向尺寸為納米量級，軸向尺寸為微米量級，管子兩端基本上都封口）的一維量子材料。碳納米管主要由呈六邊形排列的碳原子構成數層到數十層的同軸圓管，層與層之間保持固定的距離，約0.34 nm，直徑一般為2 nm～20 nm。其應用領域包括：納米復合材料、新能源、傳感器、超級電容器、場發射管等。

石墨烯

石墨烯是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料，是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角形呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。其應用領域包括：光電顯示、半導體、觸摸屏、電子器件、儲能電池、顯示器、傳感器、航天、軍工、復合材料、生物醫藥等。自2004年英國曼徹斯特大學的安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫首次成功剝離熱解石墨并觀測到石墨烯以來，學界對于這種新型碳材料的研究熱度從未消退過，兩人也因此獲得2010年諾貝爾物理學獎。

碳氣凝膠

2013年，浙江大學的科學家們研制出了一種超輕材料——“全碳氣凝膠”。這種固態材料的密度僅每立方厘米0.16毫克，是空氣密度的六分之一，也是迄今為止世界上最輕的材料。其應用領域包括：海水淡化、相變儲能保溫材料、催化載體、吸音材料、高效復合材料等。

納米金剛石

1987年，俄羅斯率先研究成功納米金剛石。納米金剛石不僅保留了金剛石的綜合優異特性，而且還具有良好的生物兼容性；對雷達波、紅外紫外光有巨大的透射率和吸收率；其表面有許多羧基、烴基、羰基等官能團，很容易同金屬、橡膠、塑料聚合物、織物表面緊密結合等等，從而為納米金剛石的應用提供了技術基礎和發展空間。納米金剛石在形貌、硬度、粒度等方面的獨特性能和特殊的光、電、磁、熱性能，使其在電子、化工、軍事、醫療等領域中均具有廣闊的應用前景。