《迷人的材料》精读24

№23 坚不可摧的碳材料（3）

当然，如今科技这么发达，人造钻石也逐渐成为一种庞大产业了，但依然无法与天然钻石媲美：首先，人造钻石制造速度过快，导致不够透明，含有瑕疵，因此多用在钻探和切割工具上，而不是作为饰品；其次，人造钻石毕竟不够“纯正”，如果你要购买求婚钻戒，相信你也愿意多花点钱购买天然钻石吧？

然而，钻石并非世上最坚硬的物质。1967年，人们发现了比钻石更坚硬的物质——六方晶系陨石钻石，它同样由碳原子构成，内部是立体构造的六角形，据称硬度比钻石还高出58%。它最早的样本是陨石撞击产生的高温高压环境下由石墨变成的。虽然这种物质十分罕见，但它提示了我们：也许碳原子还有其他的排列结构？除了钻石的立方体结构，石墨、煤炭的六角形结构，六方晶系陨石钻石的三位六角形结构之外，有没有第四种结构呢？

1963年，英国皇家航空研究院的工程师决定自己来发明这第四种结构。他们通过把石墨纺成细丝，再将细丝织成布料，纵向卷起，就成了极高强度和硬度的“碳纤维”。然后再用环氧胶包住纤维，就制成了一种全新材质——碳纤维复合材料。

由于碳纤维又轻强度又高，很快取代了铝成为制造飞机的主要材料，并横扫整个运动器材领域，甚至通过运动器材的材料革新而帮助运动员不断打破世界纪录。更奇特的是，使用碳纤维义肢的残障选手在田径运动会上竟然具有比体格健全的选手更大的优势，以致于国际田径总会在2008年为了避免这种不公平而下令禁止他们同场竞技！

1985年，克洛图（Harold Kroto）教授及其团队发现了碳原子的另一种排列方式。他们发现，在蜡烛的烛焰内部竟然有碳原子自行集结成超分子，每个超分子恰好包含60个原子，形如足球。这种超分子又叫“富勒烯”。这个团队也因此而获得1996年的诺贝尔化学奖。

《迷人的材料》精读24

碳原子一夜之间成了材料科学的当红研究对象。人们开始了进一步的探索，发现了纳米碳管——直径几纳米的碳原子排列结构；以及单层的石墨层——石墨烯。石墨烯是世界上最纤薄、最强韧坚硬的物质。它导热、导电的速度比任何其他材料都快。它是一种二维材料，因为其厚度只有一个原子那么厚。由于轻薄坚韧等特性，石墨烯和纳米碳管将在未来世界里派上大用场。

思考与讨论：

你可能在电视中看过这样的场景：一对准备结婚的年轻人，女生撒娇说一定要买一个钻戒，然后男生不屑地说：“钻石其实就是碳呀！把买钻戒的钱买别的不好吗？”是的，钻石只是碳而已，因为结构的不同而闪亮耀眼，但无论如何，女生还是会坚持买，男生最终也会妥协。所以，我们究竟是通过什么性质去判断一种材料的呢？或者说去判断一种物品？是因为它的材料？它的用途？它代表的价值？还是其他什么呢？