碳，元素周期表第6號元素，是較早被發現和利用的元素之一。
早在史前，碳元素就已經被人們發現，炭黑和煤就是人類最早使用碳的形式。碳的英文名稱Carbon，來源于拉丁文中煤和木炭的名稱carbo，也來源于法語中的charbon，意思都是木炭。1772年，化學家拉瓦錫通過定量實驗驗證出鉆石是碳的一種存在形式，因為當鉆石和煤的樣品分別燃燒時，它們都不會生成水，并且每克鉆石和煤所產生的二氧化碳的量是相等的。1779年，化學家舍勒也利用拉瓦錫的方法驗證出了石墨的主要成分也和鉆石一樣都是碳。1789年，在教科書里正式列出了碳元素。
在長達200多年的研究中，人們已經對碳元素了如指掌：發現碳元素有多達15種同位素，還有形式繁多的同素異形體，碳原子間紛繁復雜的連接方式，以及由這些連接方式形成的有機化合物，甚至由此形成了一門獨立分科——有機化學。由于碳元素是所有有機化合物的骨架，于是成為了所有元素中形成化合物種類最多的一種。可見碳元素就像一個精靈，在我們身體、各種動植物微生物、空氣、海水和巖石中無處不存在。
隨著人們發現類似于足球的籠狀結構C60以后，情況出現了變化。人們發現了碳原子更多的排列形式，如碳納米管、石墨烯等。它們所具有的特殊性能，使人們看到了一片神秘的材料密林，原來常見的碳元素還可以因為特殊的原子排列結構擠入高科技領域。
就拿1985年發現的C60來說，它的發現使人們看到了碳原子呈封閉籠狀結構的可能，進而有了C20、C28、C32、C50、C70、C84……C240、C540等籠狀結構。C60則是研究的重點，其常溫下為紫紅色固態分子晶體，有微弱熒光，可用于制備超導體。
北京大學和中國科學院物理研究所合作，成功地合成了K3C60和Rb3C60兩種超導體，而且還可以用C60來制作有機鐵磁體（一種不含金屬的軟鐵磁性材料），這樣就能用廉價的碳作為原料制作磁鐵，以代替價格昂貴的金屬磁鐵了。
由碳原子形成的石墨烯，也是高科技領域非常看好的材料，其價格曾一度高過黃金。實際上，石墨烯本來就存在于自然界，只是沒有剝離出單層結構而已。如果把石墨烯一層層疊起來，就是石墨，而石墨廣泛用于制作鉛筆筆芯。2004年，英國的兩位科學家用一種非常簡單的方法得到了非常薄的單層石墨薄片，而這種單層薄片就是石墨烯。石墨烯具有非常吸引人的特性，如極高的強度和很好的韌性，可以彎曲，導電、導熱、光學性能都非常好，可用于制備傳感器、柔性顯示器、新能源電池、儲氫材料、感光元件等。
2018年，我國首條全自動量產石墨烯有機太陽能光電子器件生產線，在山東菏澤啟動。石墨烯從合成、證實存在雖然只有短短十幾年時間，但已成為學者們研究的熱點，其產業化也還處于初期階段，很多應用不足以體現出石墨烯多種理想的性能。
（作者系武漢市第二十中學化學教師、武漢市科學家科普團成員）
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