不断提高人类生活质量的碳

————碳材料的开发

碳原子的最大特点是不仅可以与大多数其他元素化合，而且还可以相互连接形成各种链、环、层或笼结构。 碳是形成人体组织的骨架元素。 它在人类生产生活中使用的一些材料中也发挥着独特的作用。 在文明发展的过程中，人类不断认识和发现碳的特性和功能，不断合成、开发和利用各种含碳有机物质和无机碳质材料。

人类进化以来，我们很早就开始利用各种含碳物质和木炭材料。 人类直立起来后，首先学会的就是利用含碳植物作为取暖和做饭的燃料。 然而，直到公元18世纪钣金展开，人们才逐渐认识到碳是一种元素，发现木炭、煤、石墨、钻石都是由碳组成的。 18世纪之前，人类仅使用碳作为资源。 我国早在公元前五、六世纪就已经用烟灰制造墨水了。 18世纪，英国、德国、法国等国采用天然石墨制造铅笔。 这些都为人类文化事业的进步作出了贡献。 早在公元前30世纪的埃及和10世纪左右的殷朝炭电极机加工，人类就已经利用木炭中的碳作为能源和还原剂，还原矿石以获得铜、铁等金属，使人类进化到了青铜时代和铁器时代。

钢铁是现代社会的物质基础，是建筑、交通、制造和人们日常生活中不可缺少的材料。 然而，钢铁行业的发展离不开碳。 人类从18世纪开始使用焦炭作为还原剂。 直到今天，炼铁用焦炭的生产仍然是加工和使用量最大的碳质原料。 但是，你知道吗？ 如果铁中没有碳，那么它既没有强度，也没有硬度。 只有碳才能“点铁成钢”。 钢是一种铁碳合金，含碳量为0.03%～2%。 随着碳含量的增加，碳钢的硬度增加，韧性下降。 然而，当碳含量超过2%至4.3%时，这种铁碳合金就变成生铁，硬而脆，但能承受压力和磨损。 你看，碳的效果是不是很神奇？ 19世纪随着电炉炼钢的发展，利用天然石墨或焦炭的导电性、耐高温性和耐腐蚀性，通过烧结、高温石墨化制造出各种高功率和超高功率人造石墨电极。碳的电阻。 的开发，从而大大改进了炼钢工艺。 后来，随着电力、电解和机械工业的发展，利用碳的导电性和润滑性的各种碳电极、电刷和电极糊也被用于铝冶炼和烧碱生产。

石墨电极电极连接器

鉴于其表面和孔隙结构特点，骨炭（含碳10%）、木炭等自古以来就被人们用来吸收异味、去除污渍，并具有防腐、防水、药用等用途。 20世纪初，活性炭已实现工业化生产。 如今铆工招聘，粉状、粒状、球状、纤维状活性炭在空气净化、废水处理等环境保护中发挥着越来越重要的作用。 炭黑生产是19世纪才发展起来的，在炸药、印刷油墨、涂料、电极等材料中也发挥着不可替代的作用。 在现代人们生活不可缺少的橡胶中，必须使用炭黑作为补强剂。 和填料。 该领域炭黑的消耗量几乎是橡胶消耗量的一半，其中橡胶用炭黑占炭黑总消耗量的94%。 没有炭黑，汽车轮子就很难跑！

20世纪下半叶，基于碳科学的发展，我们有意识地利用碳原子小而轻、耐中子辐射、结合能大的特点，制造出高密度、高纯度、高纯度的碳材料。 -高强度石墨用于核反应堆和隔热材料。 分解石墨、柔性石墨、玻碳、各向同性碳、高性能碳粉、金刚石膜等碳制品逐步得到开发和应用。 特别是高强度、高模量、轻质的碳纤维得到迅速发展，并用作增强剂来增强树脂、金属、陶瓷等，使各种复合材料广泛应用于航天、航空等行业以及建筑业。文化体育产品等领域。 应用。 可以说，如果没有碳纤维的发展，航空航天业就不会是今天的样子。

基于对碳的特殊性和多样性认识的进一步加深，人们综合利用其物理、化学、光学、电学、磁学和核物理等综合性质，制造出可用于核聚变、半导体等领域的电极。设备制造和锂离子电池。 其他方面的各种新​​型碳材料。 通过自烧结、材料复合、塑料成型或模板碳化、气相沉积等新型成型方法，获得不同尺寸和形状的碳制品和新型碳质基材，如中间相珠、类金刚石薄膜、富勒烯等。 随着纳米材料在制造、表征和理化性能控制方面的全面进步，富勒烯、碳纳米管等各类纳米碳质材料的新发现、新成果和新应用不断涌现。 碳质材料的发展也日新月异。 近年来，石墨烯的研发再次将特种碳基材料推向新的高潮。 科学家预测，这种材料将在计算机、医学等研究领域掀起一场大规模的技术革命。 富勒烯、碳纳米管、石墨烯等碳的新形态及其新功能，很可能导致本世纪微电子领域“硅”被“碳”取代。

每分钟开闭70-80次，石墨慢化核反应堆

每次排出70毫升血液的人造炭心脏瓣膜

从古至今，人们接触到的煤炭、焦炭、炭黑、活性炭、石墨电极、铅笔和碳膜开关、天然金刚石、人造金刚石、人造金刚石薄膜等几乎无处不在。 19世纪以后，随着以碳、氢为主要构成元素的有机化学的发展炭电极机加工，人类不仅生产了数以千万计的有机物质包括药品、染料、油漆等日用品，而且还开发出了结构基本上为基于碳。 主链上的三大合成材料——塑料、橡胶和合成纤维。 这些合成材料为人们创造了一个丰富多彩的新世界，极大地提高了人类在衣食住行方面的生活水平。

1989年，《科学》杂志开始创建“年度分子”专栏，评选年度最具影响力的分子。 这种分子也被称为“星形分子”。 1990年选择了人造钻石，因此这一年也被称为钻石年。 1991年，碳60（C60）（又称巴基球、富勒烯等）荣获。 在仅6年的“年度分子”评选中，碳元素已连续两次获奖。 1996年起，该栏目改为“年度突破”，评选年度十大科学成果。 石墨烯的应用于2009年上市，基于零维富勒烯和一维碳纳米管的发现以及二维石墨烯的分离、鉴定和分类，这三种碳材料的研究人员获得了1996年诺贝尔化学奖、2008年卡维理纳米科学奖和2010年诺贝尔物理学奖。 所有这些都表明，近三十年来，人类进一步加快了对各类碳同素异形体的认识、研究和开发，并取得了长足的进步。 这些进步将使人类能够广泛利用碳的特定性质。 开拓无限前景。

如今，碳质材料及各种碳化合物已成为人类生产、生活中不可缺少的材料。 鉴于碳的化合物多样钣金展开，加上其性质独特、形态众多、资源丰富、生物相容性好、碳质材料加工制造能耗低，不锈无腐蚀，且易于回收利用。转型，未来它的发展速度肯定会加快，而碳材料的发展也必然会进一步加快。 传统碳材料将继续生产，新型碳材料将更加成熟，功能材料（特别是纳米碳材料）将得到大力发展，碳的合成化学将进一步发展。 难怪很多学者认为19世纪是铁器时代，20世纪是硅时代，21世纪可能是碳时代！

35吨碳纤维增强复合材料石墨烯制成的100GHz晶体管

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