金刚石－石墨族

本族包括碳的同质多像变体有金刚石、六方金刚石（lonsdaleite）石墨、赵击石（chaoite）。六方金刚石和赵击石在自然界很罕见。后来发现的碳物质富勒烯（fullerene）以痕量仅见于陨石中。其分子为C60，即由60个碳原子组成，结构以5个碳原子的环和6个碳原子的环相互连接成球（图7-7），构成一个与现代足球形状相同的中空球状分子。

金刚石Diamond—C

晶体参数　等轴晶系，对称型m3m。空间群Fd3ma0＝0.356nmZ=8。

成分与结构　成分中常含有其他元素，如Si、Al、Ga、Mg和Mn，以及N、Na、Ba、B、Fe、Cr、Ti等元素。金刚石的结构表现为碳原子位于立方晶胞的8个角顶和6个面中心，还有4个位于晶胞内（将晶胞分为8个小立方体，相间的小立方体中心分布着碳原子，共有4个）。结构中的每个碳原子都与周围4个碳原子相连接，并且每两个相邻原子之间的距离均相等（0.154nm）。金刚石结构中的碳原子形成4个共价键，键角109°28′16″（图7-8）。

图7-7 C60分子结构与形态

（据赵珊茸，2004）

A—C60分子形状；B—C60形态

图7-8 金刚石的结构

形态　常呈八面体（图7-9A）、菱形十二面体，前者晶面上蚀像呈倒三角形凹坑，后者晶面常弯曲呈凸晶（图7-9B）。而立方体晶面上的蚀像呈四边形凹坑。通常呈圆粒状或碎粒产出。依（111）呈双晶。1905年在南非找到一颗重达3106ct

1ct=0.02g。

的金刚石晶块，大小为10cm×6.5cm×5cm，称为“库利南”。它是世界上已知最大的一颗金刚石。后加工成4颗大钻石和101颗小钻石。其中最大的一颗称为“非洲之星”，重530.2ct。1977年我国山东临沭地区发现一颗重158.786ct的金刚石，为立方体与曲面四六面体聚形，透明，呈淡黄色，是我国目前所发现的最大的一颗金刚石，称为“常林钻石”。

图7-9 金刚石的晶形

A—八面体；B—凸晶（菱形十二面体）；C—金刚石晶体（据Klein等，2007）

物理性质　无色透明或带有蓝、黄、褐和黑色；金刚光泽。平行{111}解理中等，硬度10；密度3.50～3.52g/cm3；性脆；显磷光；导热性良好，室温下其热导率几乎是铜的5倍。折射率N=2.40～2.48，对光具有强色散，在切割面上产生宝石光和“出火”。黑金刚石（carbonado）是黑色的，无解理，不透明，在自然界罕见。

鉴定特征　以极高硬度、标准金刚光泽、晶形轮廓常呈浑圆状和显磷光为其特征。

成因与产状　金刚石是岩浆作用的产物，见于金伯利岩中。它产生于高温高压下。与金刚石共生的矿物有橄榄石、镁铝榴石和铬透辉石等。当含金刚石的岩石遭受风化后，形成金刚石砂矿。世界上著名金刚石产地有南非、扎伊尔、俄罗斯雅库梯等。我国山东、辽宁等地相继发现金刚石的原生矿床。

主要用途　金刚石根据用途，分为宝石金刚石和工业金刚石。前者经人工琢磨成各种多面体后就成为“钻石”。工业金刚石用作高硬切割材料、金属和化纤上的拉丝模、集成电路中的散热片、原子能工业上的高温半导体材料，等等。

石墨Graphite—C

晶体参数　六方晶系，对称型6/mmm。空间群P63/mmca0=0.246nm,c0=0.670nmZ=4。

成分与结构　成分纯净者极少，往往含各种杂质，如铁的氧化物、黏土或其他矿物。石墨的晶体结构表现为碳原子成层排列。每6个碳原子构成一个小六方环，每一层由碳原子六方环相互连接组成。同层中碳原子与相邻的3个碳原子之间的距离均相等，为0.143nm；而上下两层中碳原子之间的距离比同一层内碳原子之间的距离要大得多，为0.335nm（图7-10A）。石墨具多键型，层内主要为共价键，部分为金属键。这是因为每一碳原子最外层有4个电子，除去已用于形成层内共价键的3个外，尚多余一个。此电子可在层内移动，类似金属中的自由电子；而层与层之间则为分子键。石墨有两个多型，即石墨－2H和石墨－3R。后者较少见。

形态　单晶体呈片状或板状、纤维状（图7-10B），通常为鳞片状、块状和土状集合体。

图7-10 石墨晶体结构与石墨矿物

A—石墨的晶体结构（据陈武等，1985）；B—石墨呈纤维状，金刚石呈八面体（据Klein等，2007）

物理性质　颜色和条痕均为黑色，半金属光泽，隐晶质则暗淡。平行{0001}解理极完全，薄片具挠性。有滑感，易污手。硬度1～2，密度2.21～2.26g/cm3。具导电性。

鉴定特征　黑色，硬度低，密度小，有滑感。

成因与产状　石墨形成于高温条件下。分布最广的是沉积变质成因的石墨，系由富含有机质或炭质的沉积岩经受区域变质作用而形成。接触变质成因的石墨，见于侵入体与碳酸盐类岩石的接触带，是由碳酸盐矿物分解的产物。我国石墨产地很多，其中以黑龙江鸡西市柳毛为最大的产地。

主要用途　石墨由于其熔点高、抗腐蚀、不溶于酸等特性，用于制作冶炼用的高温坩埚；具滑感，作为机械工业的润滑剂；导电性良好，制作电极等。成分纯净的所谓高碳石墨可做原子能反应堆中的中子减速剂用于国防工业。3R型石墨用于人工合成金刚石的原料。

2021年人造石墨上市公司有：

翔丰华：从近三年净利润复合增长来看，近三年净利润复合增长为-14.07%，最高为2019年的6169万元。 公司主要产品分为天然石墨和人造石墨两大类，产品应用于动力(电动交通工具，如新能源汽车、电动自行车等)、3C消费电子、工业储能等锂离子电池领域。 中科电气：从近三年净利润复合增长来看，近三年净利润复合增长为12.08%，最高为2020年的1.638亿元。

中国宝安：从近三年净利润复合增长来看，近三年净利润复合增长为75.94%，最高为2020年的6.618亿元。

拓展资料:

1、公司间接持有贝特瑞51.91%权益；上游石墨矿方面，贝瑞特拥有鸡西天然石墨产业链、山西/天津人造石墨产业链；中游制备方面，贝瑞特具备用氧化还原法制备石墨烯的能力；下游应用方面，贝瑞特参与深圳市先进石墨烯应用技术研究院，专注解决石墨烯在锂电、储能产业的应用；万鑫石墨谷已投产石墨烯复合导电液产能为5000吨/年。

2、单层石墨烯的厚度为0.34 纳米，相当于普通纸张的十万分之一。每克石墨烯的比表面积（单位质量物料所具有的总面积）可以达到2630 平方米，相当于六个篮球场的面积。这些特点决定了，石墨烯的强度很高，甚至超过了钻石，是钢铁的200 倍；石墨烯的透光率很高，玻璃的透光率是大家潜意识中认为最高的，实际才能达到89%，而石墨烯的透光率可以达到97.7%；石墨烯电阻率比铜、银更低，是自然界电阻率最低的材料， 目前没有任何材料可以超越石墨烯。

3、在近日召开的“全球IEEE(电气和电子工程师协会)国际芯片导线技术会议”上，IMEC(欧洲微电子研究中心)提出了四种延续摩尔定律、打破2nm芯片物理极限的方法。这几种方法无一不是建立在了使用“石墨烯材料”的基础之上。经过讨论，专家组最终达成一致，将石墨烯定位下一代新型半导体材料，将碳基芯片定义为下一个芯片时代的主流。

1、常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，硅是各种半导体材料应用中最具有影响力的一种。

2、半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。

3、半导体在集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明、大功率电源转换等领域都有应用，如二极管就是采用半导体制作的器件。

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