碳是地球上非常豐富的元素之一，地球上碳的豐度列第14 位，90%的碳以碳酸鈣的形式存在。同時碳是地球生命的基礎，存在于所有動植物中，它們腐化、分化，形成了含碳物質，如天然氣、石油、泥碳、煤等。地球上天然單質碳，也按碳的不同同素異性的晶胞特征，存在于金剛石、石墨、無煙煤中。而天然優質的金剛石、石墨礦非常稀少，大量的碳制品是人工合成的。

石墨晶體具有典型的層狀結構，呈六方鱗片狀和板狀，鋼灰色至黑色不透明半金屬光澤，質軟、易污，化學性質穩定，常溫下不與酸堿反應，常用做電極、潤滑液等。金剛石是碳元素在高溫、高壓條件下形成的同素異形體，為面心立方體結構，是天然存在狀態中非常硬的物質，莫氏硬度為10。

純凈的金剛石無色透明，光折射率高，它因含有雜質呈黃、藍、紅、褐、黑等色，其化學性質極穩定，室溫下不與酸堿反應，導電，導熱，熱脹系數小，常用于機械切削、研磨、地質鉆探等行業。

而碳纖維為人造纖維狀碳元素材料，單絲直徑5~10μm，為亂層狀石墨結構，是不完全的石墨結晶呈纖維軸向排列的物質。碳的石墨纖維層面主要是以碳原子共價鍵相結合。，而層與層之間是以范德華力相連接，因此它是各向異性材料。它密度小，耐高溫，耐摩擦，耐輻射，熱脹系數低，導電，導熱，柔軟，高抗拉強度，高彈性模量。通常將含碳的有機物纖維絲作為前驅體，用高溫熱氧穩定化、碳化、石墨化三個步驟來制備，主要用作樹脂、金屬、陶瓷的增強復合材料，其中碳纖維增強樹脂(CFRP)的應用很廣。

碳（石墨）纖維的質量、品種和成本80％取決于纖維前驅體（即所謂“基體”）的機械性能，通過40年的相互競爭發展到現在，無論從產品數量、質量和應用領域，聚腈基碳（石墨）纖維(PAN)都占優勢，瀝青基纖維獲得了飛速發展并拓寬了應用，粘膠基纖維逐步縮小。

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