1、炭和碳的區(qū)別與使用

由于漢字的獨(dú)特性以及長(zhǎng)期以來人們對(duì)“炭”和“碳”字的區(qū)別與用法重視程度不足，造成了長(zhǎng)期以來人們?cè)谑褂锰亢吞忌陷^為混亂，這在眾多的文章、書刊以及名稱的使用上可以清楚地看到。從化學(xué)的角度上，炭和碳是有著嚴(yán)格的本質(zhì)區(qū)別和使用范疇的。

凡是能完全體現(xiàn)碳元素性質(zhì)的或碳原子性質(zhì)的，或者由碳原子或碳離子與其他離子或離子團(tuán)組成的化合物的純凈物，在表述上、名稱上一律用帶石旁的“碳”。如：碳元素、碳原子、碳六十、納米碳、碳同位素、碳化物、芳香碳、環(huán)烷碳、碳網(wǎng)平面、芳碳率、伯碳、端碳、二氧化碳、碳含量、碳素鋼、碳鏈、碳環(huán)、碳水化合物、碳?xì)浠衔?、滲碳、碳酸鈣、碳酸鹽、無定型碳、碳單質(zhì)、碳的其他化合物等等。

凡是不能完全體現(xiàn)碳元素性質(zhì)的或碳原子性質(zhì)的，或者由碳原子或碳的化合物組成的混合物，在表述上、名稱上一律用“炭”。如：木炭、煤炭、焦炭、活性炭、玻璃炭、熱解炭、生物炭、炭磚、炭塊、炭石墨材料、炭棒、炭桿、同性炭、炭黑、炭糊、炭素廠、炭素技術(shù)、炭素工藝、炭渣、炭素材料、炭素學(xué)會(huì)、炭素年會(huì)、炭電極、炭陽(yáng)極、炭陰極、炭糊等等。

2、炭素材料的定義與分類

廣義上，炭素材料是所有純碳材料和含碳的混合物的炭素物質(zhì)的統(tǒng)稱。

狹義上，炭素材料是指選用石墨或者無定型碳作為主要固體原料，輔以其他原料，經(jīng)過特定的生產(chǎn)工藝過程而得到的無機(jī)材料。在工業(yè)上，一般都采用后者的概念。

炭素材料包括炭素原料和炭素制品兩大類。

炭素原料主要有煤炭、焦炭、石油焦、瀝青、煤瀝青、石墨、金剛石、煤焦油等。

炭素制品種類繁多，規(guī)格、型號(hào)和物理化學(xué)性能迥異，用途也十分廣泛。由于產(chǎn)品的用途不同，采用的原料及加工工藝就存在差異，其產(chǎn)品本身的物理化學(xué)性能也存在明顯的差別。

炭素制品按材質(zhì)分，可分為炭質(zhì)制品、半石墨質(zhì)制品、天然石墨制品和人造石墨制品。若按使用功能可分成導(dǎo)電材料、結(jié)構(gòu)材料和特殊功能材料3大類：

(1)導(dǎo)電材料：如電弧爐用石墨電極、炭質(zhì)電極、天然石墨電極、電極糊和陽(yáng)極糊(自焙電極)、預(yù)焙炭陽(yáng)極、炭陰極、石墨陰極、半石墨陰極，電解用石墨陽(yáng)極，電刷及電火花、加工用模具材料，干電池炭棒等。

(2)結(jié)構(gòu)材料：如煉鐵還原爐、鐵合金爐、電石爐、鋁電解槽側(cè)部炭磚、精煉爐和有關(guān)提純冶煉爐等的爐襯(也稱炭質(zhì)耐火材料)，核反應(yīng)堆的減速材料和反射材料，火箭或?qū)椀念^部或噴管內(nèi)襯材料，化學(xué)工業(yè)的耐腐蝕設(shè)備，機(jī)械工業(yè)的耐磨材料，鋼鐵及有色金屬冶煉工業(yè)連續(xù)鑄造用的結(jié)晶器石墨內(nèi)襯，炭坩堝，半導(dǎo)體及高純材料冶煉用器件等。

(3)特殊功能材料：如生物炭(人造心臟瓣膜、人工骨、人工肌腱)，隱型飛機(jī)用材料，各種類別熱解炭和熱解石墨，再結(jié)晶石墨，炭纖維及其復(fù)合材料、石墨層間化合物、C60族系、納米碳等。

3、炭素材料的三大研究熱點(diǎn)

（1）多孔碳材料

多孔碳材料，從能源角度出發(fā)，它主要應(yīng)用于雙電層電容器的電極材料和清潔能源中，是清潔能源氫氣和天然氣存儲(chǔ)的主要載體。前者是利用外界電壓對(duì)金屬離子產(chǎn)生作用來完成存儲(chǔ)功能，這種方法可以有效地通過電壓將其轉(zhuǎn)化電化學(xué)的方式，極大地延長(zhǎng)了其循環(huán)使用的壽命，具有很好的發(fā)展前景。后者就利用多孔原理將其氣體很好地吸附在能源物質(zhì)上來加以存儲(chǔ)，這種方法尤其是在常溫下，能充分發(fā)揮存儲(chǔ)的功能，實(shí)現(xiàn)其環(huán)境存儲(chǔ)。

（2）納米碳材料

自富勒烯出現(xiàn)以來，研究學(xué)者就將其與納米碳管聯(lián)系在一起，不斷對(duì)其研究，其中也包括儲(chǔ)氫性能、電化學(xué)性能、場(chǎng)發(fā)射性能和填充增強(qiáng)性能等。通過研究發(fā)現(xiàn)，這種結(jié)合材料使其具有了一些傳統(tǒng)所不具備的性質(zhì)-場(chǎng)發(fā)射性能。對(duì)于這類的研究還需要進(jìn)一步去關(guān)注。就目前而言，研究最多的則是納米碳材料的提取及凈化，主要原理則是利用酸和氧化的方式進(jìn)行處理。

納米碳管的應(yīng)用研究包括用作電子器件、電極材料、催化劑載體、填充物、氣體傳感器、氣體存儲(chǔ)、貴金屬提取吸附劑等。由上述可知，這種材料的使用將越來越廣，尤其是在能源日益緊張的情況下，它能充分發(fā)揮其效用，得到極大的重視。

（3）復(fù)合材料

在復(fù)合材料的研究中，其抗氧化性能的研究最多，與炭素材料本身的特性及在復(fù)合材料中的氧化性的要求從某種程度上說是一致的。炭素材料雖然具有一定的抗氧化能力，但隨著環(huán)境溫度的提高和抗氧化強(qiáng)度的提高，炭素材料的燒蝕率明顯提高。作為炭素材料的燒蝕，其機(jī)械性能將逐漸變差，縮短其使用壽命。同時(shí)，復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和耐熱性能，在航空航天上得到了廣泛的應(yīng)用。為了解決高溫下氧化燒蝕問題，現(xiàn)在采取的氧化技術(shù)主要是在復(fù)合材料表面添加氧化層，主要是對(duì)碳化硅涂層材料和復(fù)合涂層的組合物進(jìn)行抗氧化劑。

復(fù)合材料研究的另一重要內(nèi)容是其耐磨性，提高復(fù)合材料的使用壽命，從而使復(fù)合材料能成功地應(yīng)用于摩擦材料的研究中。為了達(dá)到良好的結(jié)合和增強(qiáng)體質(zhì)，提高復(fù)合材料的綜合性能，增強(qiáng)表面改性處理或使用階段的化學(xué)氣相滲透復(fù)合材料的致密化加工技術(shù)，這也是當(dāng)前的重要課題。