炭和碳的區別與使用

由于漢字的獨特性以及長期以來人們對“炭”和“碳”字的區別與用法重視程度不足，造成了長期以來人們在使用炭和碳上較為混亂，這在眾多的文章、書刊以及名稱的使用上可以清楚地看到。從化學的角度上，炭和碳是有著嚴格的本質區別和使用范疇的。

凡是能完全體現碳元素性質的或碳原子性質的，或者由碳原子或碳離子與其他離子或離子團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、環烷碳、碳網平面、芳碳率、伯碳、端碳、二氧化碳、碳含量、碳素鋼、碳鏈、碳環、碳水化合物、碳氫化合物、滲碳、碳酸鈣、碳酸鹽、無定型碳、碳單質、碳的其他化合物等等。

凡是不能完全體現碳元素性質的或碳原子性質的，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、炭素工藝、炭渣、炭素材料、炭素學會、炭素年會、炭電極、炭陽極、炭陰極、炭糊等等。

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的統稱。

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，經過特定的生產工藝過程而得到的無機材料。在工業上，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，規格、型號和物理化學性能迥異，用途也十分廣泛。由于產品的用途不同，采用的原料及加工工藝就存在差異，其產品本身的物理化學性能也存在明顯的差別。

炭素制品按材質分，可分為炭質制品、半石墨質制品、天然石墨制品和人造石墨制品。若按使用功能可分成導電材料、結構材料和特殊功能材料3大類：

（1）導電材料

如電弧爐用石墨電極、炭質電極、天然石墨電極、電極糊和陽極糊(自焙電極)、預焙炭陽極、炭陰極、石墨陰極、半石墨陰極，電解用石墨陽極，電刷及電火花、加工用模具材料，干電池炭棒等。

（2）結構材料

如煉鐵還原爐、鐵合金爐、電石爐、鋁電解槽側部炭磚、精煉爐和有關提純冶煉爐等的爐襯(也稱炭質耐火材料)，核反應堆的減速材料和反射材料，火箭或導彈的頭部或噴管內襯材料，化學工業的耐腐蝕設備，機械工業的耐磨材料，鋼鐵及有色金屬冶煉工業連續鑄造用的結晶器石墨內襯，炭坩堝，半導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)，隱型飛機用材料，各種類別熱解炭和熱解石墨，再結晶石墨，炭纖維及其復合材料、石墨層間化合物、C60族系、納米碳等。

炭素材料的三大研究熱點

（1）多孔碳材料

多孔碳材料，從能源角度出發，它主要應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的主要載體。前者是利用外界電壓對金屬離子產生作用來完成存儲功能，這種方法可以有效地通過電壓將其轉化電化學的方式，極大地延長了其循環使用的壽命，具有很好的發展前景。后者就利用多孔原理將其氣體很好地吸附在能源物質上來加以存儲，這種方法尤其是在常溫下，能充分發揮存儲的功能，實現其環境存儲。

（2）納米碳材料

自富勒烯出現以來，研究學者就將其與納米碳管聯系在一起，不斷對其研究，其中也包括儲氫性能、電化學性能、場發射性能和填充增強性能等。通過研究發現，這種結合材料使其具有了一些傳統所不具備的性質-場發射性能。對于這類的研究還需要進一步去關注。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行處理。

納米碳管的應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、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，它能充分發揮其效用，得到極大的重視。

（3）復合材料

在復合材料的研究中，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，但隨著環境溫度的提高和抗氧化強度的提高，炭素材料的燒蝕率明顯提高。作為炭素材料的燒蝕，其機械性能將逐漸變差，縮短其使用壽命。同時，復合材料具有優異的力學性能和耐熱性能，在航空航天上得到了廣泛的應用。為了解決高溫下氧化燒蝕問題，現在采取的氧化技術主要是在復合材料表面添加氧化層，主要是對碳化硅涂層材料和復合涂層的組合物進行抗氧化劑。

復合材料研究的另一重要內容是其耐磨性，提高復合材料的使用壽命，從而使復合材料能成功地應用于摩擦材料的研究中。為了達到良好的結合和增強體質，提高復合材料的綜合性能，增強表面改性處理或使用階段的化學氣相滲透復合材料的致密化加工技術，這也是當前的重要課題。

審核編輯 ：李倩