碳同素异形体种类文献
重庆:创新审计方法应用CAD三维软件计算异形体工程量
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*钻石（Diamond，金刚石）
是在地球上发现的众多天然存在中最坚硬的物质，可作为工艺品和工业中的切割工具。
*蓝丝黛尔石（Lonsdaleite，六角金刚石）
为流星上的石墨在坠入地球时所形成。撞击时的巨大压力及热量改变石墨构形形成金刚石，却又保留了石墨的平行六边形晶格，并构成了立方的六方晶格。是世界上最坚硬的一种晶体。
*石墨 (Graphite)
一种最软的矿物，可用于制造铅笔芯和润滑剂。
*石墨烯（Graphene，单原子层石墨）
是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，很可能会成为硅的替代品，也非常适合作为透明电子产品的原料。
*富勒烯（Fullerenes，也被称为巴基球或足球烯）
富勒烯与石墨结构类似，但石墨的结构中只有六元环，而富勒烯中可能存在五元环。富勒烯类化合物在抗HIV、酶活性抑制、切割DNA、光动力学治疗等方面有独特的功效。
*直链乙炔碳（Linear Acetylenic Carbon，也称卡拜（Carbyne）、线型碳（Linear carbon））
具有-(C三C)n-类型的结构，每个碳都是sp杂化，碳碳单键和三键交替。这种类型卡拜的杨氏模量是金刚石的40倍，是很好的纳米材料。
*无定形碳（Amorphous，内部结构是石墨）
一般指木炭、焦炭、骨炭、糖炭、活性炭和炭黑等。除骨炭含碳在10%左右以外，其余主要成分都是单质碳。用途极为广泛，日常生活和工农业生产中常用到无定形碳。
*碳纳米管（carbon nanotubes，巴基管）
一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。
*汞黝矿结构（Schwarzite）
由于有七边形的出现，六边形层被扭曲到“负曲率”鞍形中的假想结构。
*纤维碳（Filamentous carbon）
小片堆成长链而形成的纤维。
*碳气凝胶（Carbon aerogels）
密度极小的多孔结构，类似于熟知的硅气凝胶。
*碳纳米泡沫（Carbon nanofoam）
蛛网状，有分形结构，密度是碳气凝胶的百分之一，有铁磁性。
| sp3杂化 |
金刚石-蓝丝黛尔石 |
| sp2杂化 |
石墨-石墨烯-富勒烯-玻璃碳 |
| sp杂化 |
直链乙炔碳 |
| 其他 |
C1-C2-C4-C8 |
| 相关 |
蜡石-活性炭 |
最常见的两种单质是高硬度的钻石和柔软滑腻的石墨，它们晶体结构和键型都不同。金刚石每个碳都是四面体4配位，类似脂肪族化合物；石墨每个碳都是三角形3配位，可以看作无限个苯环稠合起来。
碳同素异形体系统横跨完全极端且十分不同的范围。
碳同素异形体指的是元素碳的同素异形体，即纯碳元素所能构成的各种不同的分子结构。
* 钻石是人类已知最硬的矿石；石墨是最软的矿石之一。
* 钻石是终极的研磨剂；石墨是非常好的润滑剂。
* 钻石是一流的绝缘体；石墨是良导体。
* 钻石通常是透明的；石墨是不透光的。
* 钻石的结晶是立方（等轴）晶系；石墨是六方晶系。
* 钻石的价值昂贵；石墨的价格普通。
* 不定形碳是最容易合成的材料之一；碳纳米管是需极端高昴的成本才能制得的材料。
* 不定形碳是完全等方向（isotropic）扩展的材料；碳纳米管是只有一个方向前后延伸的非等方向（anisotropic）材料。
(详见词条富勒烯)
C60分子具有芳香性，溶于苯呈酱红色。可用电阻加热石墨棒或电弧法使石墨蒸发制得。C60有润滑性，可能成为超级润滑剂。金属掺杂的C60有超导性，是有发展前途的超导材料。C60还可能在半导体、催化剂、蓄电池材料和药物等许多领域得到应用。C60分子可以和金属结合，也可以和非金属负离子结合。当碱金属原子和C60结合时，电子从金属原子转到C60分子上，可形成具有超导性能的MxC60，其中M为K，Rb,Cs；x为掺进碱金属原子的数目。K3C60在18K以下是超导体，在18K以上是导体。掺进原子数最多可达6个，K6C60是绝缘体。C60是既有科学价值又有应用前景的单质，其在生命科学、医学、天体物理等领域也有一定的研究意义。富勒烯的成员还有C78、C82、C84、C90、C96等。富勒烯的形状也有管状等其他形状。2100433B
答：准确的方法，没有找到，取平均高h、方法吧。
中空的球体，在实际中按施工方案施工，模板是内外都应该计算 里面的模板浇注完成后就需要拿出来了？如果是混凝土的，是套用板的定额吗 应该套弧形板的定额，但是你要变通一下，球体的模板都是弧形的，肯定费工、费...
碳带是打印时非常重要的材料，一般来说，碳带的好坏，除了决定打印头的寿命还关系到打印的效果。碳带可以分为平压式与边压式，主要是针对市场上标签打印机的类型，一般大部分品牌是平压式打印 头就用平压式碳带，少...
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非金属元素的同素异形体(二) ——再谈碳的同素异形体
杨奇1 乔成芳2 崔孝炜2 曹宝月2 周春生2 邸友莹2 高胜利1,2
1 西北大学化学与材料科学学院 陕西西安 710127
2 商洛学院化学工程与现代材料学院 陕西商洛 726000
摘要
以“同一元素的不同形态的纯单质互称同素异形体”来定义，对数目众多的碳的同素异形体进行了归纳，它们可分为石墨、金刚石、富勒烯碳原子簇和新型纳米材料等4类。简要叙述了各种同素异形体的存在、组成、结构、制备、性质，并强调了计算化学对同素异形体的预测和现代科学技术发展对制备的作用及其在材料中的应用。
关键词
同素异形体；碳；结构；性质；应用
1
石墨
1.1 一般介绍
虽然人们早就使用石墨[30]，但直到1779年卡尔·威廉·舍勒（Scheele C.W.）将其氧化成CO2后，才证明它就是碳[31]。大量天然石墨矿藏分布在世界各地，其中主要出产国为中国、印度、巴西和朝鲜。石墨矿石都是变质岩，与石英、片岩中的云母和长石、片麻岩及变质砂岩和石灰岩一同出现，呈透镜状或叶脉状，厚度可达1 m。天然石墨以3种形式出现：无定形态、薄片状或结晶薄片状以及叶脉状或块状。无定形石墨的质量最低，但也最常见，一般被用于生产价值最低的产品。薄片状石墨的价值更高，也较少见，通常出现在变质岩中。质量较高的薄片石墨价格可以是无定形石墨的4倍，可制成膨胀性石墨，用作阻燃剂等。叶脉状或块状石墨最为罕见，是天然石墨中质量与价格最高的一种。
1.2 结构
石墨为层状结构, 层内每个碳原子以sp2杂化轨道与3 个相邻的碳原子形成等距离的 σ 键, 构成了一个由无限等六边形组成的平面层, 而垂直于该平面的pz轨道相互重叠形成离域 π 键, 使层中C原子之间的距离变为141.5pm（图2）, 较C—C单键短，键级相当于4/3；层间距为335 pm，结合力是微弱的范德华力。
图2 石墨层分子结构俯视图
碳原子层之间可有2种不同的堆积方式（图3）：一种是以ABAB……的顺序重复（图3（a）），具有六方晶系对称，称为六方石墨，又称 α 石墨，空间群为D6h4-P63/mmc，晶胞参数为： a =245.6 pm, c =669.6 pm。另一种是以ABCABC……的顺序重复（图3（b）），称为三方石墨，又称 β 石墨，中层间距也为335 pm，结合力是范德华力；空间群为D3d5-R 3m，晶胞参数为： d=363.5 pm, α =39°30′。2种石墨的物理性质相似，天然石墨中含质量分数约为30%的 β 石墨；2者可以互变：
不具备宏观晶体结构的石墨，即所谓无定形碳[32-35]，是由石墨型层结构的分子碎片互相大致平行的无序堆积而成, 间或有碳按四面体成键方式互相键连；也可以说碳的无定形体是碳原子以非晶体形式不规则排列时形成的玻璃态物质。
图3 石墨的层状晶体结构：(a) α 石墨; (b) β 石墨
还有一类石墨是1968年美国联合碳公司为解决原子能工业中的密封问题而研制成功的[36-37]，叫柔性石墨（flexibie graphite，简称FG）又称膨胀石墨(expanded graphite)。
1.3 制备
天然石墨经浮选除去杂质后，再用HF和HCl交替回流处理，最后在真空中加热到3270 K提纯即可得到纯度较高的石墨。
合成石墨几乎都是由煤和石油作为起始原料用热解方法进行生产。纯石墨通常用Acheson流程生产：先将石油焦在1670 K下焙烧除去大量杂质，同时改善晶体结构，再与煤沥青黏结剂在440 K混合, 1070~1270 K下挤压成所需形状，再注入沥青，最后在2870~3270 K真空或惰气氛电炉中加热进行石墨化。简单有机物热解可得到结构有序化较高的石墨。
柔性石墨是以天然鳞片石墨为原料，经插层、水洗、干燥、高温(800~1000 ℃)膨化得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质。膨胀石墨遇高温体积可瞬间膨胀150~300倍，由片状变为蠕虫状，从而结构松散，多孔而弯曲，表面积扩大，表面能提高，吸附鳞片石墨力增强，蠕虫状石墨之间可自行嵌合，这样增加了它的柔软性、回弹性和可塑性。
1.4 应用
由于石墨具有许多优良的性能因而在冶金、机械、电气、化工、纺织、国防等工业部门获得广泛应用。例如用作耐火材料、导电材料、耐磨润滑材料，用于制作热交换器、反应槽、凝缩器、燃烧塔、吸收塔、冷却器、加热器、过滤器、泵设备，用作铸造、翻砂、压模及高温冶金材料，用作原子能反应堆中的减速材料、固体燃料火箭的喷嘴等。
低结晶度碳的形式很多，例如有很大工业用途的炭黑、活性炭和碳纤维。炭黑年产超过8×106t，其中94%用于橡胶制品的填料；活性炭因粒度极小而具有很大的表面积（有些情况下超过1000m2·g-1）而用作高效吸附剂；碳纤维因高抗拉强度而被用于飞机部件（每架波音767飞机需用1t碳纤维材料）。
改型以后的柔性石墨能适应高温、高压或辐射的工作条件。经过几十年的发展，柔性石墨密封产品已被广泛应用到发动机、机械、汽车、纺织、化工等各种行业，在密封领域逐渐占据主导地位。
| 引用本文: |
杨奇, 乔成芳, 崔孝炜, 曹宝月, 周春生, 邸友莹, 高胜利. 非金属元素的同素异形体(二)——再谈碳的同素异形体[J]. 化学教育（中英文）, 2017, 38(22): 12-31 |
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1、金刚石 :是目前所知自然界中最硬的物质，其晶体构造基本上为面心立方格子，每个碳原子都被周围四个碳原子所围绕，以共价键相连，强度高，莫氏硬度为10，所以通常用作切削、磨削和切割材料。当金刚石中含有微量杂质时，有半导体的性能，可以做高温整流器或固体微波器件等。
天然金刚石又是贵重宝石(金刚钻)。金刚石分为Ⅰ型、Ⅱ型和六方型三种。Ⅰ型的杂质含量较高，其中氮的含量在0.0025%~0.2%,绝大多数天然金刚石属此型。Ⅱ 型是极纯的金刚石，结晶完整，氮的含量少于0.001%，导热性良好,具有半导体性能。天然金刚石中1%~2%属此型。用特殊的人工方法(如超高压高温法)可以将非金刚石结构的碳转化为金刚石，即人造金刚石。
2、石墨:碳原子以四配位多面体组成网层，网层之间以分子键联结，形成六方晶片。石墨是特殊的无机非金属材料，兼有金属和塑料的性能和其他一系列特性，在冶金、化工、电力和电子、机械、纺织和原子能等工业部门获得广泛应用。
石墨的用途与其性质密切关联。
①耐高温、热稳定性良好，在3600℃下也不熔化，因此用作冶金工业中坩埚(见彩图)、炉内的耐火材料等。
②有良好的导热和导电性(比不锈钢高4倍),导电系数随温度升高而降低。用来制造电极、电刷、碳棒、换热器、冷却器等。
③化学稳定性好，能耐酸、碱和有机介质的侵蚀，普遍用以制造酸碱工业、石油化工、纺织、造纸等工业的换热器、燃烧塔、反应槽、冷却器、吸收塔、泵和加热器等。
④润滑性能与二硫化钼相近，耐磨，摩擦系数小于0.1,可在-200~2000℃和100m/s转速下使用，用来制作密封圈和轴承时，不用加润滑剂。
⑤可塑性好，能延展成透光、透气的薄片。
⑥有良好的中子减速性，用做原子反应堆中减速材料。此外，还用做固体燃料火箭中的喷嘴、航天设备的零件、隔热和防射线材料。石墨最大的缺点是在高温下易氧化，需要在保护气氛下使用。
石墨矿有晶质和隐晶质之分。晶质石墨矿有致密结晶和鳞片结晶两种，前者晶粒大于0.1mm,含碳量在60%~65%，甚至高达80%~90%，但可塑性、可浮选性差。鳞片结晶石墨矿的品位虽低(3%~5%或10%~25%)，但性能好。隐晶质石墨又称土状石墨,含碳量可高达90%以上，但性能差。世界上所产石墨半数为土状。
苏联是石墨矿储量和产量最大的国家。中国石墨资源也较丰富，多半是鳞片和隐晶石墨。由于石墨矿品位不高,需经选矿和提纯，常用的浮选法(石墨为疏水性)和重选法(石墨相对密度小，为1.9~2.3)，可使成品中的含碳量达90%,有些制品还需采用化学提纯,使含碳量提高到97%~99%或高温提纯至99.9%。
3、无定形碳 :碳原子排列无序，或构成的晶粒过小。煤、天然气、石油或其他有机物在1000℃左右碳化得到的无定形碳是多孔材料，其表面积很大。产品有炭黑、活性炭等。
碳纳米管，与金刚石、石墨、富勒烯一样，是碳的一种同素异形体。
碳纳米管(英文Carbon Nanotube，缩写CNT)是在1991年1月由日本筑波NEC实验室的物理学家饭岛澄男使用高分辨透射电子显微镜从电弧法生产的碳纤维中发现的。它是一种管状的碳分子，管上每个碳原子采取sp2杂化，相互之间以碳-碳σ键结合起来，形成由六边形组成的蜂窝状结构作为碳纳米管的骨架。每个碳原子上未参与杂化的一对p电子相互之间形成跨越整个碳纳米管的共轭π电子云。按照管子的层数不同，分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。管子的半径方向非常细，只有纳米尺度，几万根碳纳米管并起来也只有一根头发丝宽，碳纳米管的名称也因此而来。而在轴向则可长达数十到数百微米。
碳纳米管不总是笔直的，局部可能出现凹凸的现象，这是由于在六边形结构中混杂了五边形和七边形。出现五边形的地方，由于张力的关系导致碳纳米管向外凸出。如果五边形恰好出现在碳纳米管的顶端，就形成碳纳米管的封口。出现七边形的地方碳纳米管则向内凹进。作为一种高品质的纳米材料，由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能，为发展新型直接电化学酶传感器提供了可能性。
碳纳米管的分子结构决定了它具有一些独特的性质。由于巨大的长径比(径向尺寸在纳米量级，轴向尺寸在微米量级)，碳纳米管表现为典型的一维(1D)量子材料，它的电子波函数在管的圆周方向具有周期性，在轴向则具有平移不变性，大大纯化了理论工作，并做出了一些预言。理论预言，碳纳米管具有超常的强度、热导率、磁阻，且性质会随结构的变化而变化，可由绝缘体转变为半导体、由半导体变为金属;具有金属导电性的碳纳米管通过的磁通量是量子化的，表现出阿哈诺夫-波姆效应(A-B效应)。
再谈碳的同素异形体——石墨