碳材料的多樣性

近年來，碳材料這一學(xué)科發(fā)展迅速，學(xué)科內(nèi)的新觀念、新事物不斷涌現(xiàn)，其范圍也日益擴(kuò)展，與周邊學(xué)科的界限越發(fā)模糊，也愈加重疊交叉，但碳材料的核心仍是以碳元素為主體構(gòu)成的材料。目前，石墨、金剛石、富勒碳和炔碳以及炭黑、焦炭等過渡態(tài)炭可看做碳材料基礎(chǔ)的四大典型晶態(tài)物質(zhì)，廣義地說，由這些物質(zhì)派生的相關(guān)材料，都可稱為碳材料。如從冶煉用的石墨電極（最大直徑可達(dá)750mm以上，長(zhǎng)度可達(dá)2800mm左右，每根電極質(zhì)量可達(dá)2t多），到超微炭?；ハ噙B接念珠狀的線性物質(zhì)和直徑僅10μm但長(zhǎng)度卻可無限的碳纖維，以及介于這種巨大與細(xì)小之間的、不可勝數(shù)的碳材料都可稱為碳材料。

老式碳材料通常是指20世紀(jì)40年代中期以前生產(chǎn)的碳材料；第二次世界大戰(zhàn)以后，隨著碳制品品種的日益擴(kuò)展，將以高純高密石墨、碳纖維、熱解碳、玻璃碳為代表的正處于蓬勃發(fā)展中的碳材料稱為新型碳材料，與老式碳材料不同，新型碳材料可以與高分子材料、金屬或陶瓷結(jié)合在一起形成復(fù)合材料，圖1-1所示為這兩種碳材料與相鄰材料的關(guān)系。

炭化是有機(jī)物通過熱解而導(dǎo)致生成含碳量不斷增加的化合物的一個(gè)長(zhǎng)過程，炭化過程是自原料有機(jī)物轉(zhuǎn)化為固體碳材料的必由之路。炭化過程中，

一般的熱處理溫度范圍為400～600℃，在此范圍內(nèi)，大多數(shù)有機(jī)固體經(jīng)過脫氫，轉(zhuǎn)成自由基，縮合成大的分子單元等步驟，最終得到固體材料，微晶的排列也是在這一溫度范圍內(nèi)被確立下來。雖然大部分炭物質(zhì)最終將被加熱到更高的溫度，但是在600℃以下微晶排列方式仍是決定最終碳材料成品的結(jié)構(gòu)和性能的主要因素。

圖1-1 老式及新型碳材料與相鄰材料的關(guān)系