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• 发布时间：2021-12-10
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【概要描述】  碳的世界里五彩缤纷，石墨和负极材料仅仅是碳的世界里一小部分，地球上的生物，都是属于碳基生物。

碳基生物，顾名思义，就是以碳元素为基础的生命形式。

我们体内的基础化合物是蛋白质，蛋白质分子链就是靠碳原子连接的，也可以说碳链就是蛋白质的骨架。

地球生命最初产生和应用的能量是糖，糖又叫什么？碳水化合物。还是碳。

地球上所有已知生命都是主要由碳、氢、氧构成的，生命活动也主要围绕这几种元素展开，所以我们都是碳基生物。

不管是植物、动物和真菌都是细胞的组织结构，是由诸多不同功能的细胞群体所构成起不同功能作用的细胞组织之生理现象。

虽然，生物在生存模式和生态类型上各有不同，但他们都属于同缘异型的生物，都是碳水化合物的化学成分。

由此可见，地球上所有的生命体，都是碳基生命的体现。

碳的作用是什么？

碳对于现有已知的所有生命系统都是不可或缺的，没有它，生命不可能存在。

除食物和木材以外的碳的主要经济利用是烃（最明显的是石油和天然气）的形式。原油由石化行业在炼油厂通过分馏过程来生产其他商品，包括汽油和煤油。

纤维素是一种天然的含碳的聚合物，从棉、麻、亚麻等植物中获取。纤维素在植物中的主要作用的维持植物本身的结构。来源于动物的具有商业价值的聚合物包括羊毛、羊绒、丝绸等都是碳的聚合物，通常还包括规则排列在聚合物主链的氮原子和氧原子。

碳及其化合物多种多样。碳还能与铁形成合金，最常见的是碳素钢；石墨和黏土混合可以制用于书写和绘画的铅笔芯，石墨还能作为润滑剂和颜料，作为玻璃制造的成型材料，用于电极和电镀、电铸，电动马达的电刷，也是核反应堆中的中子减速材料。

碳的化学性质：

1、在氧气中燃烧

2、在空气中燃烧

3、作为还原剂

4、稳定性

碳在“常温”下具有稳定性，不易反应，故古代名画现代能保存，书写档案要用碳素墨水。

5、碳在人类生命不可缺少，至关重要。人类活动的能量主要是炭反应，二氧化碳的排放，产生了温室效应。

如何减少人类活动的炭排放，实现碳中和，改善温室效应，我们任重道远。

大力发展新能源电池就是减少炭排放的重要途径，而新能源电池的负极材料就是炭材料。

碳材料经过多工序处理，包括高温3000度温度的处理，制成锂电池负极材料，是新能源电池的主要材料，是减少炭排放的主要途径，今后会有更大的发展。

碳与我们生命组成相关，与我们生活息息相关，在我们人类世界中无处不在，可以说我们的世界就是一个炭的世界。

 

炭和石墨材料是以碳元素为主的非金属固体材料，其中炭材料基本上由非石墨质碳组成的材料，而石墨材料则是基本上由石墨质碳组成的材料。不仅是石墨，同时也包含金刚石、富勒烯、含碳材料都称为碳素材料。

                 

石墨主要特征是：轻量，多孔性，导电性，导热性，耐腐蚀性，润滑性，高温强度，耐热性，耐热冲击性，低热膨胀，低弹性，高纯度，可加工性。

我们通常说指碳素材料主要讲炭素工业：冶炼行业：炼钢，铝，稀有金属，化工，医学，军工，航空，航天等，它们都离不开炭及石墨。

可用于生产耐火材料、导电材料、耐磨材料、润滑剂、耐高温密封材料、耐腐蚀材料、隔热材料、吸附材料、摩擦材料和防辐射材料，环保材料等，这些材料广泛应用于冶金、石油化工、机械工业、电子产业、核工业和国防等。

炭素工艺通常有煅烧，中碎，筛分，混捏，成型，焙烧，浸渍，石墨化，加工等工序。

在炭中和的大背景下，新能源发展迅速，其中锂电池的负极材料就是一种石墨材料，原料是石油焦，生产工艺是将骨料和粘接剂进行破碎、造粒、石墨化、筛分而成。主要成本在石墨化，石墨化是是传统炭素行业的延伸，也是主要的技术壁垒。

负极材料进行石墨化加工，是传统炭素行业石墨化技术的应用发展延伸，也是主要的技术壁垒。同时石墨化技术在在负极材料石墨化加工需要我们炭素人不断深化努力，解决新课题，减少炭排放，生产出更优质的负极材料。

在炭中和这一大背景下，石墨材料应用非常的重要，其中一分支---锂电池的负极材料，当前异军突起，产能不断提升，供不应求，对石墨的认识和应用也必将提高到一个新的高度。

      

碳的同素异形体有，金刚石、石墨、石墨烯、富勒烯、炭60、直链乙炔碳、无定形碳、碳纳米管、纤维碳、碳纳米泡沫。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。

    

石墨化是指--高温下将碳原子由杂乱不规则排列通过提供能量转变为规则排列的六方平面网状结构，其目的是获得石墨高导电、高导热、耐腐蚀、耐摩擦等的性能。

石墨的性质及应用:

(1)优良的高温性能：石墨的熔点为3850±50℃，沸点为4250℃，即使经超高温电弧灼烧，重量的损失很小，热膨胀系数也很小，是目前知道的最高的高温材料。

在氧化环境中耐氧化性碳大于400度。石墨600度。

热稳定性良好，石墨强度随温度提高而加强，在2000℃时，石墨强度提高一倍。

在3600℃下也不熔化，石墨及其制品具有耐高温、高强度的性质，在冶金工业中主要用来制造石墨坩埚，在炼钢中常用石墨作钢锭之保护剂，冶金炉的内衬。

(2)导电、导热性：石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。导热性超过钢、铁、铅等金属材料，比不锈钢高4倍。

导热系数随温度升高而降低，甚至在极高的温度下，石墨成绝热体。

石墨能够导电是因为石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成3个共价键,每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷。

有良好的导热和导电性,导电系数随温度升高而降低。

在电气工业上用作制造电极、电刷、碳棒、碳管、水银正流器的正极，石墨垫圈、电话零件，电视机显像管的涂层等。

(3)润滑性：石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小，鳞片越大，摩擦系数越小，润滑性能越好。

作耐磨润滑材料：石墨在机械工业中常作为润滑剂。润滑油往往不能在高速、高温、高压的条件下使用，而石墨耐磨材料可以在200~2000 ℃温度中在很高的滑动速度下，不用润滑油工作。许多输送腐蚀介质的设备，广泛采用石墨材料制成活塞杯，密封圈和轴承，它们运转时勿需加入润滑油。石墨乳也是许多金属加工(拔丝、拉管)时的良好的润滑剂。

(4)石墨具有良好的化学稳定性。经过特殊加工的石墨，具有耐腐蚀、导热性好，渗透率低等特点，就大量用于制作热交换器，反应槽、凝缩器、燃烧塔、吸收塔、冷却器、加热器、过滤器、泵设备。广泛应用于石油化工、湿法冶金、酸碱生产、合成纤维、造纸等工业部门，可节省大量的金属材料。

(5)可塑性：石墨的韧性好，能延展成透光、透气的薄片。

(6)抗热震性：石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏，温度突变时，石墨的体积变化不大，不会产生裂纹。

(7)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。

(8)作铸造、翻砂、压模及高温冶金材料：由于石墨的热膨胀系数小，而且能耐急冷急热的变化，可作为玻璃器的铸模，使用石墨后黑色金属得到铸件尺寸精确，表面光洁成品率高，不经加工或稍作加工就可使用，因而节省了大量金属。生产硬质合金等粉末冶金工艺，通常用石墨材料制成压模和烧结用的瓷舟。单晶硅的晶体生长坩埚，区域精炼容器，支架夹具，感应加热器等都是用高纯石墨加工而成的。此外石墨还可作真空冶炼的石墨隔热板和底座，高温电阻炉炉管，棒、板、格棚等元件。

(9)用于原子能工业和国防工业：石墨具有良好的中子减速剂用于原子反应堆中，铀一石墨反应堆是目前应用较多的一种原子反应堆。作为动力用的原子能反应堆中的减速材料应当具有高熔点，稳定，耐腐蚀的性能，石墨完全可以满足上述要求。作为原子反应堆用的石墨纯度要求很高，杂质含量不应超过几十个PPM 。特别是其中硼含量应少于0.5PPM 。在国防工业中还用石墨制造固体燃料火箭的喷嘴，导弹的鼻锥，宇宙航行设备的零件，隔热材料和防射线材料。

(10)石墨还能防止锅炉结垢，有关单位试验表明，在水中加入一定量的石墨粉(每吨水大约用4~5 克)能防止锅炉表面结垢。此外石墨涂在金属烟囱、屋顶、桥梁、管道上可以防腐防锈。

(11)石墨可作铅笔芯、颜料、抛光剂。石墨经过特殊加工以后，可以制作各种特殊材料用于有关工业部门。

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