这三种材料分别是:
金刚石:天然存在于自然界的、
石墨烯:存在于自然界但需要人工剥离的、
碳炔:人工合成的。
那么为什么这三种高强度的材料都是和碳元素密不可分呢?
我们来看一下他们的分子图,首先,金刚石和石墨烯这两种天然材料他们有着一个共同的特性:结构稳定性强。从力学的角度上来说,六边形是最稳定的,显而易见,它们都符合这个条件,所以这也解释了为什么同样是碳元素构成,却一点也不硬的石墨。石墨是一种层状结构,而金刚石在三个维度都有较高的稳定性。
而碳炔(que)和它们却不一样,碳炔是人工合成的。1885 年,德国有机化学家阿道夫·冯-贝耶尔首次提出碳炔的概念,他将其描述为一种无限长的碳碳单键和三键交替而成的碳链。但他也警告称,由于其极不稳定,因此很难制造出来。此前,美国科学家经过理论计算指出,碳炔这种碳原子一维线性带状物的强度应该比任何已知的材料更硬更坚固,拥有巨大的抗张强度和硬度,硬度是钻石的40倍、石墨烯的两倍,因此,可用于制备超坚固的设备。另外,它还拥有仅被拉伸 3%就能从导体转变成绝缘体的独特属性,因而在电子设备领域广受关注。
首先,碳分子就是具有极强的稳定性的,它的形状如下图:
可以这样理解,碳分子为点,碳炔为线,石墨烯为面,金刚石为立体。同样有着相同的成分,较为稳定的结构,这可能是他们的共同性吧。