碳材料的案例
2016中國國際碳材料大會
2016中國國際碳材料大會
2016 China International Carbon Materials Conference
12月8-9日 中國·上海
一、大會背景
碳，是地球生命的基本元素，其具有龐大的碳材料家族：從古老的石墨、金剛石到新近發現的富勒烯、碳納米管、碳纖維、石墨烯乃至石墨炔。碳材料作為唯一一種兩次獲得諾貝爾獎的材料（C60、石墨烯），基本可以覆蓋所有應用領域：航空航天、高速鐵路、海洋裝備、石油鉆探、軌道交通、電子電器、化工機械等。碳材料不僅是材料科學研究的前沿，也是高性能材料開發應用的重點。
我國碳材料產業經過六十多年的發展，有了長足的進步，許多關鍵的碳材料實現了國產化并達到了國際領先水平。但是，我國碳材料的整體發展水平與國際先進水平相比，依然有一定差距，一些高技術含量的碳材料尚未產業化、先進碳材料的應用還不成熟。同時，我國具有豐富的原材料、不俗的科研實力、充滿活力的經濟環境以及利好的政策環境，國內相關科研機構、企業、第三方服務機構的產學研結合更加緊密，這一系列的因素必然會加快我國碳材料產業的發展和創新。
本屆中國國際碳材料大會立足國際，著眼中國“十三五”規劃、“一帶一路”等政策，聚焦碳材料關鍵原材料獲取問題、技術問題、設備問題、應用問題，邀請政府、科研機構、行業內企業、設備制造、第三方服務機構等專家、學者以及企業技術人員、管理人員共同參與，搭建產業、學術、研究、資本的高質量交流平臺，共同探討國際碳材料發展的新技術、新趨勢以及碳材料應用瓶頸問題，推動中國碳材料的發展。
展開 韓國開發碳碳復合材料表面處理技術
近日，韓國研究團隊開發出一種碳碳復合材料表面處理技術，有望替代傳統的鍍鉻工藝。該項技術由韓國碳融合技術院和大英工程公司共同開發，采用了電解沉積涂裝工藝，可以在碳碳復合材料上呈現出鮮明的色彩。
碳碳復合材料是一種高強度的輕便型未來高端材料，而全州市是韓國碳碳復合材料產業的重點地區，隨著用途的進一步拓展，碳產業的競爭力也有望進一步提升。自2016年起，位于全州的韓國碳融合技術院與大英工程公司開展合作，共同開發可以呈現碳碳復合材料多彩顏色的電解沉積涂裝技術，該課題名稱為“碳復合配件高級電解沉積新工藝技術開發”，是一項創新融合研發項目，歷時兩年取得階段性成功。https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/10391.html
值得一提的是，通過此次技術開發，韓國碳融合技術院將碳碳復合材料上賦予導電性，并與大英工程公司高級電解沉積涂裝技術相結合，可以在包括碳碳復合材料在內的各種絕緣配件上進行電解沉積涂裝。
如果該項技術得到商業化應用，還有望替代傳統的鍍鉻工藝，緩解環境污染問題。因此，該項技術已經得到了極大的關注。去年年底，在美國亞特蘭大舉辦的“國際表面處理博覽會”上，大英工程公司與80余家來自航天、航空和汽車行業的復合材料企業進行了洽談，與10家企業基本開展采購商談，也有部分企業于今年2月實地考察了大英工程公司的生產現場。https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/10387.html
今年3月，大英工程公司投資50億韓元，用于興建電解沉積涂裝處理的專用產線，這項碳碳復合材料技術一旦實現商用化，不僅有助于企業增大銷售，還可以為地區創造更多的就業崗位，進而帶動全州地區的經濟發展。
展開 碳纖維——撐起大國重器的“小材料”
碳纖維——撐起大國重器的“小材料”。美國國家航空航天局與美國空軍研究實驗室聯合研制出3D打印耐高溫聚合物的新技術，未來有望應用于航空航天發動機，該技術使用的材料正是碳纖維。現代戰爭武器裝備向著低能耗、大載荷、隱身化和高機動性快速發展，對制造武器的材料也提出了更高要求。被譽為“黑色黃金”的碳纖維復合材料，因其優異的材料特性而被廣泛應用于國防軍工等領域。借助碳纖維材料打造性能更優的武器裝備，早已成為各軍事強國比拼較量的新戰場。
“令人著迷的“黑色黃金”
還記得動畫電影《超能陸戰隊》里的機器人“大白”嗎？這個感動了無數人的醫療機器人的原型，體內骨骼正是由碳纖維材料打造，這才讓外形軟綿綿的他能經受住碾壓摔打。事實上，就連此前曾經為超重問題所困擾的F-35戰斗機，最終也是靠著使用多達35%的碳纖維復合材料才得以實現飛天夢想。被譽為“黑色黃金”的碳纖維，早已在國防軍事領域得到廣泛應用，是火箭、衛星、導彈、戰斗機和艦船必不可少的基礎材料。
碳纖維的起源最早可追溯至1860年，英國人瑟夫·斯旺在制作電燈燈絲時發明了碳纖維并獲得了專利。碳纖維真正迎來研究應用“井噴”階段，還是20世紀50年代之后的事。1958年，美國研究人員首次發現了高性能碳纖維，日本和英國研究人員緊隨其后，對碳纖維的性能進行改進升級。到20世紀70年代，碳纖維材料開始在戰斗機結構件上嶄露頭角，F-15、B-1、F-16以及F-18等戰斗機上都能看到碳纖維材料的身影。除美國空軍的F-22和F-35戰斗機大量采用碳纖維復合材料外，X-47B、“全球鷹”等裝備更是借助碳纖維材料，實現了有效載荷、續航能力和生存能力的大幅度提升。
用“堅如磐石、韌如發絲”來形容碳纖維材料毫不為過。
展開 神奇的氮摻雜碳材料讓“氯”類污染無處可躲
在長期的研究試驗過程中，李嶸嶸發現通過催化加氫脫氯處理有機氯化物生成的產物毒性低，是降解氯代苯酚類化合物的理想路線，而含氮碳材料是一種氯代苯酚類氫解催化劑的理想載體。
多孔碳材料由于其特有的組成與結構、較大的比表面積、有序的孔徑分布及其較高的熱力學穩定和化學惰性，在催化、吸附分離和能量儲存等領域具有很重要的應用前景。同時氮元素的引入可顯著改善其結構、導電性和酸堿性等特點。眾所周知，氮摻雜的碳材料表面具有大量的堿性氮基團；且與純碳材料相比，它還具有不少優勢，一是氮原子的摻入改變了碳材料的表面電子性能，增加了碳材料的缺陷位（即催化活性位）點，進而提高了催化活性；二是含氮碳材料表面的堿性基團與活性組分之間的強相互作用，有利于金屬活性組分在碳材料表面的分散，且可起到抑制積碳的形成；三是含氮基團的親水性也使含氮碳載體負載的金屬催化劑更容易在氯代苯酚類廢水中得到有效分散。
李嶸嶸發現，至今為止有序介孔碳氮材料的合成都采用后處理方法，未見有一步法合成文獻報道，一步法合成的介孔碳材料具有更加優異的化學穩定性和熱穩定性等特點，尤其在合成過程中能保持高度有序的介孔結構，有望提高催化劑的水熱穩定性和使用壽命。
于是，他和團隊通過一步法合成對摻氮基團的位置、分布、摻氮量以及含氮基團類型，可以有效提高加氫脫氯催化劑的催化性能。此外，將介孔碳材料用于氯代苯酚加氫脫氯反應，可提高反應的活性和選擇性實現一步法合成環己酮，從而減少反應過程中苯酚對環境的二次污染，讓“苯”類污染無處可逃。
通過本項目研究，建立了納米金屬負載介孔碳材料的機制模型，研究其對典型環境污染物的催化活性，總結揭示了介孔碳材料的性質與催化性能之間的內在關系，闡明了催化反應的基本規律，探討了加氫脫氯反應機理。
展開 
碳纖維：這個“小材料”為何能撐起大國重器
日前，美國國家航空航天局與美國空軍研究實驗室聯合研制出3D打印耐高溫聚合物的新技術，未來有望應用于航空航天發動機，該技術使用的材料正是碳纖維?，F代戰爭武器裝備向著低能耗、大載荷、隱身化和高機動性快速發展，對制造武器的材料也提出了更高要求。被譽為“黑色黃金”的碳纖維復合材料，因其優異的材料特性而被廣泛應用于國防軍工等領域。借助碳纖維材料打造性能更優的武器裝備，早已成為各軍事強國比拼較量的新戰場。
令人著迷的“黑色黃金”
還記得動畫電影《超能陸戰隊》里的機器人“大白”嗎？這個感動了無數人的醫療機器人的原型，體內骨骼正是由碳纖維材料打造，這才讓外形軟綿綿的他能經受住碾壓摔打。事實上，就連此前曾經為超重問題所困擾的F-35戰斗機，最終也是靠著使用多達35%的碳纖維復合材料才得以實現飛天夢想。被譽為“黑色黃金”的碳纖維，早已在國防軍事領域得到廣泛應用，是火箭、衛星、導彈、戰斗機和艦船必不可少的基礎材料。
碳纖維的起源最早可追溯至1860年，英國人瑟夫·斯旺在制作電燈燈絲時發明了碳纖維并獲得了專利。碳纖維真正迎來研究應用“井噴”階段，還是20世紀50年代之后的事。1958年，美國研究人員首次發現了高性能碳纖維，日本和英國研究人員緊隨其后，對碳纖維的性能進行改進升級。到20世紀70年代，碳纖維材料開始在戰斗機結構件上嶄露頭角，F-15、B-1、F-16以及F-18等戰斗機上都能看到碳纖維材料的身影。除美國空軍的F-22和F-35戰斗機大量采用碳纖維復合材料外，X-47B、“全球鷹”等裝備更是借助碳纖維材料，實現了有效載荷、續航能力和生存能力的大幅度提升。
用“堅如磐石、韌如發絲”來形容碳纖維材料毫不為過。別看碳纖維材料像紡織纖維一樣柔軟可加工，卻是一種強度比鋼大，且耐腐蝕、耐高溫、導電導熱性好的新一代高性能材料。
展開 ：高容量磷功能化硬碳材料的儲鈉機理
圖2磷功能化硬碳材料的優化，不同P含量硬碳材料的SEM圖
（a）不同P含量硬碳材料的CO2吸附等溫線
（b）不同P含量硬碳材料的孔徑分布
（c）不同P含量硬碳材料的XRD圖
（d）PVP的熱重曲線
圖3不同P含量硬碳材料的電化學性能
（a）不同P含量硬碳材料的循環性能
（b）不同P含量硬碳材料的充放電曲線
（c）不同P含量硬碳材料，高于或低于0.1 V的充電容量總結柱狀圖
（d）硬碳HC和HC-P15的循環伏安曲線
圖4磷功能化硬碳材料的儲鈉機理
（a）不同P含量硬碳材料的XPS總譜
（b）HC-P15于P2p的XPS譜圖
（c）HC-P15于C1s的XPS譜圖
（d）磷功能化前后，其中P=O，P-O和P-C鍵形成的石墨層結構模型
（e）P=O，P-O和P-C鍵形成的碳結構示意圖
（f）五種對Na的吸附模型以及相應的結合能
基于XPS結果，可以得到磷在硬碳中的存在形式主要由P=O，P-O和P-C這三種，其在硬碳中分別與C結合，從而在一定程度上改善材料與Na的結合能。其中，P=O鍵存在兩種Na吸附模型。為判斷P的何種存在形式是提升儲鈉性能的最主要原因，通過第一性原理密度泛函理論計算并結合XPS結果，可以看出盡管P-O在硬碳中所占比重大，但P=O和P-C與Na的結合能明顯高于C和P-O，說明HC-P15表現出的超高容量主要由于P=O和P-C鍵加強了硬碳與Na的結合能。
展開 碳纖維——撐起大國重器的“小材料”
碳纖維——撐起大國重器的“小材料”。美國國家航空航天局與美國空軍研究實驗室聯合研制出3D打印耐高溫聚合物的新技術，未來有望應用于航空航天發動機，該技術使用的材料正是碳纖維?，F代戰爭武器裝備向著低能耗、大載荷、隱身化和高機動性快速發展，對制造武器的材料也提出了更高要求。被譽為“黑色黃金”的碳纖維復合材料，因其優異的材料特性而被廣泛應用于國防軍工等領域。借助碳纖維材料打造性能更優的武器裝備，早已成為各軍事強國比拼較量的新戰場。
“令人著迷的“黑色黃金”
還記得動畫電影《超能陸戰隊》里的機器人“大白”嗎？這個感動了無數人的醫療機器人的原型，體內骨骼正是由碳纖維材料打造，這才讓外形軟綿綿的他能經受住碾壓摔打。事實上，就連此前曾經為超重問題所困擾的F-35戰斗機，最終也是靠著使用多達35%的碳纖維復合材料才得以實現飛天夢想。被譽為“黑色黃金”的碳纖維，早已在國防軍事領域得到廣泛應用，是火箭、衛星、導彈、戰斗機和艦船必不可少的基礎材料。
碳纖維的起源最早可追溯至1860年，英國人瑟夫·斯旺在制作電燈燈絲時發明了碳纖維并獲得了專利。碳纖維真正迎來研究應用“井噴”階段，還是20世紀50年代之后的事。1958年，美國研究人員首次發現了高性能碳纖維，日本和英國研究人員緊隨其后，對碳纖維的性能進行改進升級。到20世紀70年代，碳纖維材料開始在戰斗機結構件上嶄露頭角，F-15、B-1、F-16以及F-18等戰斗機上都能看到碳纖維材料的身影。除美國空軍的F-22和F-35戰斗機大量采用碳纖維復合材料外，X-47B、“全球鷹”等裝備更是借助碳纖維材料，實現了有效載荷、續航能力和生存能力的大幅度提升。
用“堅如磐石、韌如發絲”來形容碳纖維材料毫不為過。
展開 利用棉花短絨：制備出超高比表面積氮摻雜多孔碳材料
利用棉花短絨：制備出超高比表面積氮摻雜多孔碳材料
新型碳材料的設計是當前材料科學研究的一個熱點，碳材料可廣泛應用于傳感、催化、儲能、環境修復等領域。傳統制備碳材料的原料都是以化石資源為主，但隨著化石能源的大量消耗，環境問題也變得日益突出。因此，開展以可再生的、廉價的、綠色環保的生物質為原料制備碳材料的研究具有重要的意義，也是可持續和綠色化學的目標和方向。
中國科學院新疆理化技術研究所資源化學研究室研究員張亞剛帶領其團隊立足于新疆資源轉化，以新疆豐富的棉花短絨為原料，設計開發了新型碳纖維和功能型氮摻雜多孔碳材料。在前期的工作中，張亞剛團隊設計開發了一種以棉花短絨為原料，環保、低成本制備碳纖維的新工藝。在制備碳纖維過程中，采用了較為環保的纖維素氨基甲酸酯工藝（CarbaCell），該工藝與傳統制備再生纖維素的方法相比，不僅生產流程更簡便，而且在制備再生纖維素纖維過程中更環保。相關研究成果發表在國際刊物ACS Sustainable Chemistry & Engineering，2016, 4(10): 5585-5593上。
近日，張亞剛團隊以棉花短絨為原料，經纖維素氨基甲酸酯、溶液配制，碳化、活化等步驟制備出了氮摻雜多孔碳材料，該材料孔隙結構可調，具有超高的比表面積，比表面積達到3700m2/g，氮含量達到7.7%。同時，系統地考察了不同的碳化溫度對試樣得率、元素組成、形貌、孔結構的影響。
科研人員還對氮摻雜多孔碳的電化學性能和染料吸附進行了評價，結果顯示，以該材料制備的超級電容器，具有優異的循環穩定性，循環5000次后比電容容量仍可保持初始容量的93-95%。此外，在濃度是1摩爾每升的H2SO4電解液中比電容容量達282 F/g，在6摩爾每升的KOH電解液中比電容容量達289 F/g，同時具有優異的倍率特性。
展開 清華蹇木強Science China Materials綜述：碳材料基柔性可穿戴傳感器
選擇合適的活性材料在控制傳感器的性能方面起著重要的作用。到目前為止，各種材料，包括碳納米管（CNTs），石墨烯，碳黑，導電聚合物，金屬，納米粒子(NPs)和納米線、半導體已被用作柔性傳感器的活性成分。在這些材料中，金屬NP可以用來制造具有高靈敏度的柔性傳感器，但是這些傳感器的傳感范圍和伸縮性是有限的。此外，由于金屬納米線的化學穩定性和重現性有限，利用金屬納米線制備穩定的傳感器具有挑戰性。同樣，穩定性和導電性差的導電聚合物也難以用于制造高性能傳感器。相比之下，碳材料是最常被研究的材料之一，特別是具有顯著的力學、電學和熱性能的碳納米管和石墨烯（包括氧化石墨烯（GO）和還原氧化石墨烯（rGO））。
為了實現宏觀應用，在微觀層面上具有優異性能的碳納米管和石墨烯應轉化為宏觀功能組件，如一維（1D）纖維或紗線、二維（2D）薄膜或片材、三維（3D）構架。多尺度的宏觀碳納米材料賦予柔性傳感器高靈敏度、優異的靈活性和良好的穩定性以及期望的結構。此外，低成本的碳材料，包括炭黑和納米碳纖維，可以用作與彈性材料或織物集成的導電填料，這是制造柔性傳感器的一種簡單、低成本和大規模的方法。除了碳納米材料之外，其他碳材料也通過生物材料衍生出來?；?em>碳材料的柔性傳感器可以附著在人體上或與衣服集成以實現在人體運動檢測、人體健康監測和人機接口中的應用。
【成果簡介】
清華大學化學系教育部有機光電子與分子工程重點實驗室的蹇木強等在Science China Materials上發表了題為《碳材料基柔性可穿戴傳感器》的綜述論文。該文提供了基于各種碳材料的柔性和可穿戴傳感器的全面呈現。
展開 《先進材料》國家納米科學中心專題綜述：抗菌碳納米材料的新進展
近日，國家納米科學中心的宮建茹課題組在國際知名期刊Advanced Materials上發表了抗菌碳納米材料的專題綜述“Antibacterial Carbon-Based Nanomaterials”（Adv. Mater. 2018, 1804838），系統地介紹了該研究方向近年來的重要進展。
目前，由于細菌耐藥性的廣泛出現和迅速傳播，現有的可對抗耐藥性細菌的抗生素種類極其有限，新型抗生素的開發進度緩慢，細菌感染再次被列為影響全球人類健康的重要因素之一。與傳統的抗生素不同，納米材料具有較強的跨膜能力、抑制外排泵的功能和不易誘發細菌耐藥性的特點，有望成為一種新型抗生素替代品。其中，碳納米材料具有高效的抗菌活性、良好的生物相容性和環境友好等特征，展現出巨大的抗菌應用潛力。據此，該綜述系統介紹了碳納米材料的重要理化性質，主要抗菌機制，其理化因素與抗菌機理的密切關聯，以及發展抗菌碳納米材料的挑戰和前景。
碳納米材料的主要理化性質及其抗菌機制
碳納米材料能夠通過多種機制實現抗菌或殺菌作用，其中包括：細菌細胞壁/細胞膜的機械性損傷、細菌的氧化應激（活性氧依賴和活性氧不依賴兩種）、光熱和光催化效應（如利用具有良好光催化性能的氮化碳納米材料，Nano Lett. 2018, 18, 5954）、脂質抽提、細菌代謝抑制、包裹隔離及其協同作用。此外，這些作用機制和碳納米材料的理化性質密切相關，如碳納米材料的維度決定了與細菌的作用方式，進而可能影響其主要的抗菌作用機制。文章討論了零維的富勒烯、納米金剛石、碳點和石墨烯量子點，一維的單壁碳管和多壁碳管，二維的碳化氮、石墨烯及其衍生物的抗菌活性和抗菌機制。除維度外，碳納米材料的尺寸、形狀、片層數及表面功能化等方面的理化性質也與其抗菌活性息息相關。例如，石墨烯量子點經不同手性氨基酸功能化后表現出明顯不同的抗菌活性。
展開 ELG碳纖維公司和艾達索達成回收碳纖維材料在汽車應用方面的合作
ELG碳纖維公司（Coseley，英國，以下簡稱ELG公司）與艾達索高新材料蕪湖有限公司（蕪湖，中國，以下簡稱艾達索公司）已達成了一項合作諒解備忘錄。此備忘錄的內容是，使用ELG公司的回收碳纖維材料，合作開發用于汽車工業領域的輕量化碳纖維復合材料部件。這項合作的主要任務集中在調查研究碳纖維材料在奇瑞新能源汽車技術有限公司（蕪湖，中國，以下簡稱奇瑞公司）的奇瑞eQ1電動車輛上的應用。使已經大規模使用鋁材技術的eQ1電動車，通過有選擇的使用碳纖維復合材料，達到進一步減輕車身重量的目標。長期目標是希望將此次項目所獲得的知識技術應用到奇瑞公司的常規車輛上。
隨著機械科學研究總院先進制造技術研究中心范廣宏研究員團隊對于ELG公司材料的初始評估完成，奇瑞公司也建議了在奇瑞新能源汽車先先開發的應用零部件產品目標。預計在產品開發結果顯示在技術指標和商務成本方面均達到目2標后，ELG 公司，艾達索公司與奇瑞公司計劃簽定一項具體的協議以開始在蕪湖進行這些碳纖維復合材料汽車部件的生產。當回收碳纖維材料的需求量足夠大的時候，ELG 公司將會在中國建立一條碳纖維回收生產線。
ELG公司的董事總經理FrazerBarnes先生說：“奇瑞新能源eQ1電動汽車大量使用鋁材代表了中國汽車工業在輕量化方面向前邁出了一大步。我們很高興能和艾達索與奇瑞的創新工程師團隊合作，將我們的碳纖維復合材料應用到他們的汽車上，幫助他們向更高的目標邁進?！?艾達索公司的董事長梁波博士說：“通過這個項目的合作，那就是通過使用回收碳纖維材料降低成本，與歐洲領先的有經驗的伙伴合作解決復合材料設計和制造難題，我們就能解決目前碳纖維復合材料在汽車上無法大量使用的材料和生產成本障礙。我們的目標是在蕪湖合作建立一個汽車碳纖維復合材料的中心。同時這也展開了我們對中國碳纖維復合材料行業可持續發展的不懈努力。”
展開 
復旦大學熊煥明、王永剛：構建“富電子區域”，碳負極材料設計的新思路
以多孔碳材料為負極，電池型電極材料為正極組成的混合型電容器件，往往具有較高的功率密度和穩定的循環性能。然而與傳統的電池體系相比，較低的能量密度一直是其不可忽視的“短板”。究其原因在于正負極的容量存在巨大的差距，使得電容型碳材料的用量過多從而導致混合電容器體系的整體能量密度降低。為了解決此問題，增大碳材料的比表面積，擴大孔體積以及引入贗電容等都是常用方法，但是這些方式又可能會帶來循環壽命下降等“副作用”。而考慮到作為負極的碳材料在混合電容器中所發生的反應過程就不難發現，增強其吸引陽離子的能力就會有效改善其性能而不帶來任何負面效應。而者其中的關鍵就在于在碳材料表面構建足夠多的“富電子區域”。最近，復旦大學的熊煥明教授與王永剛教授課題組以碳點-水凝膠為前驅體，利用再溶脹-煅燒的方法成功制備了表面態“可控”的多孔碳材料。當其用于混合電容器負極材料時，各方面均表現出優異的性能。最后，作者也通過表征以及DFT計算發現，碳點可以高效率提供某些氮磷官能團，而這些官能團正是引起周圍原子變為“富電子區域”的關鍵。因而，碳點類材料將會是電極材料表面態控制的“利器”。
圖1. 碳點-水凝膠共筑高性能多孔碳材料示意圖
以聚乙烯亞胺和植酸為前驅體，經過160℃的水熱反應即可制備氮磷氧共摻雜的碳點。利用凝膠再溶脹的方法使得多孔水凝膠與碳點很好地融為一體。在惰性氣氛下，通過一次煅燒即形成表面含有特定官能團的碳材料。BET測試結果表明，發現碳點并不影響以水凝膠為前驅體的多孔碳的結構，但其表面官能團卻隨著碳點的引入發生了明顯的變化。這說明量子尺寸的碳點作為客體部分不會改變水凝膠主體部分原有的多孔結構但其可以作為特定官能團（例如吡咯氮，磷酸基團）的有效載體。而進一步的DFT計算表面，這些特定官能團將會成為構建“富電子區域”的主力軍。
圖2.
展開 鋰電池碳材料基本知識介紹
鋰電池碳材料基本知識介紹
在碳材料中，碳主要以sp2、sp3雜化形式存在，形成的品種有石墨化碳、無定形碳、富勒碳、碳納米管等。621碳材料的結構在碳材料中，C-C鍵的鍵長單鍵一般為0.154nm，雙鍵為0.142nm。當然隨品種不同，也會發生一定的變化，在這里不多述。C=C雙鍵組成六方形結構，構成一個平面(墨片面)，這些面相互堆積起來，就成為石墨晶體。石墨晶體的參數主要有La、Lc和d002。La為石墨晶體沿a軸方向的平均大小，Lc為墨片面沿與其垂直的c軸方向進行堆積的厚度，隨碳種類不同，小到1nm，大到10μm或更大，一般用X射線衍射確定。當La在約2.5～10nm時，對拉曼光譜的影響大，又可用拉曼光譜進行測定。
鋰電池由于墨片面之間通過范德華力相互結合在一起，因此較易平移，也使石墨具有各向異性，基面 (basal plane，與墨片面平行)端面 (edge plane，與墨片面垂直)的性能明顯不同。d002為墨片面之間的距離。對于理想的單晶而言為0.3354nm，對無定形碳材料而言，可以高達0.37nm甚至更高。當插入其它原子或離子時，也可高達1nm以上。
在了解上述參數后，必須意識到即使上述參數均相同，其性能也并不一定相同，因為它們反映的是平均值。例如就墨片面的堆積而言，有可能是基本上平行，有可能是傾斜而致。因此，碳材料的性能還與其內在結構有關。中國電力電子產業網
展開 盤點車用碳纖維復合材料的廣泛應用
碳纖維復合材料在汽車應用中的優點：
1 輕量化
與其他材料相比，碳纖維復合材料具有不可比擬的強度和比模量，密度僅為1.6g/cm？3；左右，遠低于鋼和鋁，在汽車車身等零件設計中的應用可以減少約35%的質量，降低燃料消耗，例如大眾新推出的XL1車型采用碳纖維復合材料車身和零部件只有795千克的總質量部分，結合混合動力技術，一百公里油耗僅0.9升。
2 耐久性
碳纖維復合材料主要由碳纖維束和樹脂材料組成，化學穩定性好，無需進行表面防腐處理，其耐候性和耐老化性好，壽命一般是鋼的2-3倍。碳纖維布制得的功能部件的疲勞強度遠高于鋼的疲勞強度。
3 安全性
碳纖維復合材料的拉伸強度一般3500Mpa以上，是普通鋼的5倍，碳纖維材質在碰撞變形的座艙很小，能有效地保護駕乘者的生存空間。將碰撞編織能量吸收結構在高速碰撞碎片中轉化為較小的碎片，吸收大量的沖擊能量（一般鋼的能量吸收3倍以上），可以有效地提高車輛的被動安全性。4 美觀性
表面涂上一層清漆，碳纖維的兩個緯度或對角線的交叉排列順序清晰可見，顯得致密規整。碳纖維復合材料應用于后擾流板、后視鏡、屋頂、儀表板、側板組成，門芯板和方向盤上創建可視化更高科學技術的車輛的運動和視覺效果。
碳纖維復合材料在汽車各系統的應用
隨著汽車輕量化發展理念的不斷發展，各大汽車廠商都在不斷地開發使用碳纖維汽車零部件。汽車已成為世界第四大碳纖維應用市場，并將在未來五年內迎來巨大的市場需求。
目前，碳纖維復合材料已廣泛應用于汽車車身及零部件的制造中。如：汽車車身、內外裝飾、底盤系統、動力系統等。
1 碳纖維在汽車車身中的應用
碳纖維增強聚合物基復合材料具有足夠的強度和剛度，是制造汽車車身的最輕的材料。碳纖維復合材料的應用可以降低汽車車身的質量40%～60%，相當于鋼結構質量的1/3 ～ 1/6。
展開 我國碳纖維及其復合材料產業展望
近三年來，我國碳纖維及其復合材料的市場與產業均步入了高速發展時期。在剛剛過去的2018年中，我國碳纖維產業取得了豐碩的成果。市場方面，2018年國內碳纖維市場規模將達到65億元，國內碳纖維復合材料市場規模預計達到135億元，分別同比增長26%與19%。產業方面，碳纖維自給率逐年攀升，2018年將首次突破40%；碳纖維復合材料產值增速穩中有升，保持20%以上增速。展望2019，又將是機遇與挑戰并存的關鍵之年，中國碳纖維及其復合材料產業爆發“如箭在弦”。
圖1 2014-2018年中國碳纖維自給情況
數據來源：賽迪顧問，2018年12月
挑戰一：我國企業與國外龍頭企業尚有差距
國際碳纖維行業以日本東麗、德國西格里、日本三菱麗陽、日本東邦、美國赫氏五家企業領銜，其合計全球市場占有率高達七成以上。由于我國碳纖維產業起步較晚，多個品級產品存在生產瓶頸，尚未完全涉足復合材料和終端產品的設計環節，下游市場認可度較低，在核心技術（如高強高模碳纖維、高端大絲束碳纖維、高端裝備、核心助劑、復合材料設計）、應用（如汽車、航天領域）等方面均與國際領先企業存在較大差距，導致國內碳纖維市場仍有較低的自給率，2017年自給率僅為30.5%，預計2018年將略有上升，但浮動空間有限。
挑戰二：短期內部分高端應用領域的突破依舊困難重重
短期內國產碳纖維復合材料在高端領域應用仍存在一定困難，尤其在汽車領域，雖然碳纖維復合材料憑借著其優異的性能可大幅提高汽車安全舒適性、燃油效率和服役壽命，已被公認為汽車工業領域最理想的輕量化材料。
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