碳材料科学-知识点总结
高考知识点碳归纳总结
高考知识点碳归纳总结随着全球环境问题的日益突出，碳成为了高考科学类考题中的重要知识点。
本文将对高考中与碳有关的知识进行归纳总结，帮助考生们更好地掌握这一内容。
一、碳的基本知识碳是元素周期表中的第6号元素，其化学符号为C。
碳是一种非金属元素，常见形态有固体石墨、钻石以及气体二氧化碳等。
作为生命的基本构成元素，碳在有机物质的合成中扮演着重要角色。
二、碳的化合物1. 有机物的定义有机物是碳与氢以及其他一些元素形成的化合物，由于碳原子的独特性质，使得它能够与其他元素形成稳定的共价键，从而构成了无数种不同的有机化合物。
2. 碳的氢化物碳与氢形成的化合物被称为碳的氢化物，简称烷烃。
常见的烷烃有甲烷、乙烷、丙烷等，它们在燃烧时会释放出大量的热能和二氧化碳。
3. 碳的氧化物碳与氧形成的化合物被称为碳的氧化物，其中最常见的是二氧化碳。
二氧化碳在大气中的积累导致了全球变暖的问题，也是大气的主要组成成分之一。
三、碳循环1. 碳的来源碳的来源主要包括动植物呼吸作用、化石燃料燃烧、生物质燃烧以及土地利用变化等。
其中，化石燃料燃烧是目前全球二氧化碳排放的重要原因。
2. 碳的储存碳的储存主要表现为碳汇，包括植物、土壤、大气和海洋等。
其中，植物通过光合作用吸收二氧化碳并将其储存在植物体内，土壤则通过有机质的降解储存了大量的碳。
3. 碳的循环碳的循环是指碳在生物圈、大气圈和地球圈之间的相互转化过程。
其中，植物通过光合作用将二氧化碳转化为有机物，动物通过呼吸作用将有机物分解为二氧化碳。
同时，碳还通过植物和土壤之间的相互作用，以及海洋对二氧化碳的吸收和释放，实现了碳的循环。
四、碳排放与减排1. 碳排放的影响过量的碳排放将导致全球变暖，使气候发生不可逆转的变化。
碳排放还会对生态环境造成破坏，影响动植物的分布和生存。
2. 碳减排的方法为了应对碳排放过量的问题，全球采取了一系列的碳减排措施。
如发展清洁能源替代化石能源、提倡低碳生活方式、加强森林保护等。
九年级上册碳知识点
九年级上册碳知识点碳知识点碳是一个非常重要的元素，它在自然界中广泛存在，并对地球上的生命起着至关重要的作用。
以下是九年级上册碳知识点的详细介绍。
1. 碳的基本属性碳是一种化学元素，其化学符号为C，原子序数为6。
它是周期表中第14族的元素，属于非金属。
碳的原子结构稳定，具有四个价电子，因此可以形成许多化合物。
2. 碳的存在形式碳以多种形式存在于自然界中。
最常见的形式是石墨和金刚石。
石墨是由碳原子通过层状排列形成，具有黑色、柔软和导电性的特点。
金刚石由高温高压条件下碳原子的密集堆积形成，具有透明、坚硬和导热性的特点。
3. 碳的化合物碳具有强大的化学亲和力，可以与其他元素形成大量的化合物。
最常见的碳化合物是有机化合物，其中包括碳氢化合物、醇、酮、醚、酸、酯等。
有机化合物是生物体中的基本组成部分，也是我们日常生活中广泛存在的物质。
4. 碳的循环碳在地球上存在着碳循环的过程。
主要包括生物碳循环和地球化学碳循环。
生物碳循环指的是生物体通过光合作用吸收大气中的二氧化碳，将其转化为有机物，再通过呼吸作用释放二氧化碳的过程。
地球化学碳循环则是指碳在大气、陆地和海洋之间的循环，包括碳的沉积和释放过程。
5. 碳的环境影响碳在近年来引起了人们的广泛关注，因为它与气候变化密切相关。
人类活动燃烧化石燃料释放大量的二氧化碳，导致大气中二氧化碳浓度的升高，进而引起全球气候变暖的问题。
此外，碳排放还会导致酸雨和空气污染等环境问题。
6. 碳的应用碳具有广泛的应用领域。
在工业上，碳被用作燃料、电极材料、催化剂等。
在材料科学领域，碳纤维、碳纳米管等碳材料具有轻质、高强度和导电性能良好的特点，被广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
总结：碳是一种重要的元素，广泛存在于自然界中，并在地球上的生命中发挥着重要作用。
了解碳的基本属性、存在形式、化合物、循环过程、环境影响和应用领域，有助于我们深入理解碳元素的重要性以及人类对碳资源的利用和保护。
通过合理利用碳资源，我们可以为可持续发展作出贡献，并保护地球生态平衡。
炭材料科学第三讲(性质)
2 .3 热膨胀系数 （线膨胀系数αl ）
物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称
为热膨胀。l称为线膨胀系数。
l l0
lt
lt l0 l l0 (1lt)
V V0
vt
Vt V0 (1vt)
（1）炭材料的热膨胀的特点 A、 αl比金属材料小得多；
Xm (x10-6emu/g)
-10
-8
-6
-4
-2
0
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000
Temp (? )
四、炭材料的力学性能
基本结构特征：1）多晶多层结构；2）宏观组织 特征是含有气孔。因此，炭材料的力学性能受到 气孔率、孔径分布、组织缺陷、晶粒大小、石墨 化度等因素的影响。
HMU
Grade
C C C G G G G C C C C G C C C G C C C G
Diameter Density (mm，6K) (g/cm3)
70
1.76
50
1.81
50
1.82
65
1.81
50
1.77
50
1.84
50
1.91
70
1.77
70
1.77
65
1.75
50
1.76
65
1.90
熔解碳，形成固溶体；
金属 熔点℃ 沸点℃ Fe 1535 2750
碳的溶解度 /%
>4.3
Ni 1455 2731
>2.2
Co 1495 Pt 1772
2870 3827±100
《组成燃料的主要元素——碳》 知识清单
《组成燃料的主要元素——碳》知识清单一、碳的基本性质1、物理性质碳存在多种同素异形体，最常见的有金刚石、石墨和无定形碳（如活性炭、炭黑等）。
金刚石是自然界中最坚硬的物质，具有高熔点、高沸点和不导电的特点，外观呈现无色透明的正八面体结构。
这是因为其内部碳原子以紧密的立体网状结构排列。
石墨则是一种灰黑色、质软且有滑腻感的物质，能导电、导热。
其原子呈层状排列，层与层之间的结合力较弱，容易发生相对滑动。
2、化学性质（1）可燃性在氧气充足的情况下，碳燃烧生成二氧化碳：C ＋ O₂＝点燃= CO₂；氧气不足时，生成一氧化碳：2C ＋ O₂＝点燃= 2CO。
（2）还原性碳能够还原氧化铜：C ＋ 2CuO ＝高温= 2Cu ＋ CO₂↑；还能还原氧化铁：3C ＋ 2Fe₂O₃＝高温= 4Fe ＋ 3CO₂↑。
二、碳的化合物1、一氧化碳（CO）（1）物理性质无色、无味、难溶于水的气体。
（2）化学性质具有可燃性：2CO ＋ O₂＝点燃= 2CO₂；还原性：CO ＋ CuO ＝加热= Cu ＋ CO₂。
（3）毒性一氧化碳能与血红蛋白结合，使其失去输氧能力，从而导致人体中毒。
2、二氧化碳（CO₂）（1）物理性质无色、无味的气体，能溶于水，密度比空气大。
（2）化学性质与水反应：CO₂＋ H₂O ＝ H₂CO₃；与碱反应：CO₂＋ 2NaOH ＝ Na₂CO₃＋ H₂O。
（3）用途灭火、人工降雨、作气体肥料等。
3、碳酸（H₂CO₃）不稳定，易分解：H₂CO₃＝ H₂O ＋ CO₂↑。
4、碳酸钙（CaCO₃）（1）存在形式大理石、石灰石等的主要成分。
（2）化学性质高温分解：CaCO₃＝高温= CaO ＋ CO₂↑；与酸反应：CaCO₃＋2HCl ＝ CaCl₂＋ H₂O ＋ CO₂↑。
三、碳在燃料中的作用1、煤炭煤炭是一种重要的化石燃料，主要成分是碳。
煤炭燃烧时会释放大量的热能，广泛应用于发电、工业生产和居民取暖等领域。
但煤炭燃烧会产生二氧化硫、氮氧化物和粉尘等污染物，对环境造成较大影响。
碳材料科学-知识点总结
1、炭材料的多样性？（广义和狭义定义）广义上看：金刚石、石墨、咔宾都属于炭材料，这是一个广义的定义，但由于金刚石和咔宾在自然界存在非常少，结构也单一，不像石墨那样具有众多的过渡态中间结构（如焦炭、CF煤炭、炭黑、木炭等）。
狭义上看：炭材料一般是指类石墨材料，即以SP杂化轨道为主构成的炭材料，从无定形炭到石墨晶体的所有中间结构物质（过渡态碳），它是由有机化合物炭化制得的人造炭。
补充：新型炭材料：根据使用的目的，通过原料和工艺的改变，控制所得材料的功能，开发出新用途的炭及其复合材料。
大谷杉郎认为：新型炭材料可大致分为三类。
一是强度在100MPS以上，模量在10GPa以上使用时不必后加工的方法制得的新型炭成型物；二是以炭为主要构成要素，与树脂、陶瓷、金属等组成的各种复合材料；三是基本上利用炭结构的特征，由炭或炭化物形成的各种功能材料。
2、炭材料的基本性质?和金属一样具有导电性、导热性；和陶瓷一样耐热、耐腐蚀；和有机高分子一样质量轻，分子结构多样；另外，还具有比模量、比强度高，震动衰减率小，以及生体适应性好，具滑动性和减速中子等性能。
这些都是三大固体材料金属、陶瓷和高分子材料所不具备的。
因此，炭及其复合材料被认为是人类必须的第四类原材料。
3、炭材料科学的主要研究内容？研究自然界中（广义）一切增炭化（富碳）物质的形成过程机理，特别是着重于它（包括原料经历部分炭化的中间产物）多层次的微观结构的形成，以及此结构在外界条件（如温度、压力）影响下的转变。
此外，炭科学还研究炭集合体的各种物理与化学性质。
核心内容：自有机物前驱体出发，通过热处理使有机物转化成具有可被控制的微晶排列的炭固体，这一知识乃是炭材料科学的最核心部分。
有机原料中间状态丨终炭材料：1形成过程（机理）2、各过程中物质的结构与性质（化学、物理）3、外界条件与材料结构性能的关系；第一部分碳的结构与性能1、碳的结晶形式有哪些，阐述其结构与性能的关系？结晶形式：金刚石、石墨、咔宾、富勒烯金刚石：SP3杂化轨道，四个等同c共价键，具饱和性和方向性面心立方晶体特征：1）硬而脆；2）碳中密度最大（3.52g/cm3）; 3） 1800 E以上转换为石墨；4）电绝缘体和热良导体；5）具四个等同轨道，如果与氢、碳结合就形成典型的脂肪族化合物。
高三碳的知识点
高三碳的知识点一、碳的基本概念碳是地球上最常见的化学元素之一，其化学符号为C。
它在自然界中广泛存在于有机物中，并且是所有生物体的基本组成元素之一。
碳具有四个价电子，使其能够形成四个共价键，因此能够形成多种化合物，包括烷烃、烯烃、炔烃等。
二、碳的同素异形体碳具有三个同素异形体，它们分别是钻石、石墨和富勒烯。
钻石是由碳原子通过共价键形成的晶体，具有非常高的硬度和熔点，因此被广泛用作首饰和磨料。
石墨是由层状的碳原子通过共面的弱力相互结合而形成的，具有良好的导电性和润滑性。
富勒烯是由碳原子通过共价键形成的球状结构，具有独特的物理和化学性质，因此在材料科学和药物研究中具有潜在的应用价值。
三、有机化合物中的碳有机化合物是指含有碳元素的化合物，其分子结构复杂多样，可以包括碳原子与氢原子以及其他原子（如氧、氮等）通过共价键相互连接而形成的化合物。
有机化合物是生命体系的重要组成部分，包括脂肪、蛋白质、糖类等。
有机化合物的研究是有机化学的主要领域之一，对于理解生命的起源和发展具有重要的意义。
四、碳的循环碳存在于地球上的形式有多种，并且参与了碳循环过程。
碳循环是指碳在大气、陆地、海洋和生物体之间的循环过程。
碳通过光合作用被植物吸收，形成有机物质，并通过食物链传递给其他生物体。
同时，碳还通过呼吸作用释放到大气中。
此外，碳还以化石燃料的形式存在于地下，并随着人类的活动被释放到大气中，导致全球气候变暖等环境问题。
五、碳的应用碳在工业和生活中具有广泛的应用。
例如，碳可以用于制造钢铁，提供建筑材料和燃料。
此外，炭黑是一种由高纯度的碳颗粒组成的物质，广泛用于橡胶、塑料、油墨等行业。
碳纤维是一种轻质、高强度的材料，被广泛应用于航空航天、汽车和体育器材等领域。
此外，碳还可以用于制造电池、橡皮等。
六、碳的环境问题随着人类活动的不断增加，如工业化、运输和能源消耗，大量的二氧化碳被释放到大气中，导致温室效应和全球气候变暖等环境问题。
为了减缓碳排放的影响，国际社会提出了低碳经济、碳交易等措施，以促进可持续发展和环境保护。
化学碳知识点总结
化学碳知识点总结一、碳的基本性质1. 碳的原子序数为6，原子量为12。
在元素周期表中，属于第14组，第2周期的元素。
2. 碳的均数价数为4，具有四个价电子。
由于碳原子有4个价电子，所以碳原子能形成很多的共价键。
3. 碳的最稳定的同素体是晶格石墨，属于六角晶系，是一种黏土状的物质。
二、碳的同素异形体1. 碳的同素异形体是指同一种元素在不同形态下的存在。
碳的同素异形体有晶格石墨、金刚石、纳米碳管等。
2. 晶格石墨是由由层状六角环结构的一种黏土状物质，由多个平行的芳香烃片层叠而成。
3. 金刚石是由纯净的碳原子网格所构成的，由于每个碳原子都与四个邻居原子形成共价键，因此金刚石具有非常高的硬度。
4. 纳米碳管是由碳原子通过卷曲而成的一种新型碳材料，具有很高的强度和导电性能。
三、碳的化学性质1. 碳是一种非金属元素，其化学性质比较稳定，不容易与其他物质发生化学反应。
2. 碳具有较强的共价键结合能力，因此它形成的化合物稳定性较高。
3. 碳化合物中，碳的价态可以是+4，也可以是-4，因此碳形成的化合物种类繁多。
4. 碳是生命的基础，几乎所有有机物均包含碳的巨大化学活性。
生物体内的很多重要的有机化合物，如葡萄糖、脂肪酸、蛋白质和DNA等都是由碳构成的。
四、碳的化合物1. 由于碳的特殊价态和共价键结合能力，使得碳能形成非常丰富的化合物，主要有有机化合物和无机化合物两大类。
2. 有机化合物是指含有碳原子的化合物，其分子结构中含有碳—碳键或碳—氢键。
通常包括烃、醇、醛、酮、羧酸、酯、醚等。
3. 无机化合物是指不含有碳—碳键的化合物，如二氧化碳、一氧化碳、碳酸盐等。
五、碳的应用1. 金刚石是一种非常硬的材料，可以用于制造切削工具、砂轮、钻头等。
2. 纳米碳管具有很高的强度和导电性能，可以用于制造电子器件、纳米材料等。
3. 晶格石墨是一种很好的润滑剂，可以用于制造润滑油、化妆品等。
4. 碳还可以用于制造炭笔、炭块、煤球等，用作燃料或者制造制品。
碳材料科学-知识点总结
1、炭材料的多样性？(广义和狭义定义)广义上看：金刚石、石墨、咔宾都属于炭材料，这是一个广义的定义，但由于金刚石和咔宾在自然界存在非常少，结构也单一，不像石墨那样具有众多的过渡态中间结构（如焦炭、CF、煤炭、炭黑、木炭等）。
狭义上看：炭材料一般是指类石墨材料，即以SP 杂化轨道为主构成的炭材料，从无定形炭到石墨晶体的所有中间结构物质（过渡态碳），它是由有机化合物炭化制得的人造炭。
补充：新型炭材料：根据使用的目的，通过原料和工艺的改变，控制所得材料的功能，开发出新用途的炭及其复合材料。
大谷杉郎认为：新型炭材料可大致分为三类。
一是强度在100MPa以上，模量在10GPa以上使用时不必后加工的方法制得的新型炭成型物；二是以炭为主要构成要素，与树脂、陶瓷、金属等组成的各种复合材料；三是基本上利用炭结构的特征，由炭或炭化物形成的各种功能材料。
2、炭材料的基本性质？和金属一样具有导电性、导热性；和陶瓷一样耐热、耐腐蚀；和有机高分子一样质量轻，分子结构多样；另外，还具有比模量、比强度高，震动衰减率小，以及生体适应性好，具滑动性和减速中子等性能。
这些都是三大固体材料金属、陶瓷和高分子材料所不具备的。
因此，炭及其复合材料被认为是人类必须的第四类原材料。
3、炭材料科学的主要研究内容？研究自然界中（广义）一切增炭化（富碳）物质的形成过程机理，特别是着重于它（包括原料经历部分炭化的中间产物）多层次的微观结构的形成，以及此结构在外界条件（如温度、压力）影响下的转变。
此外，炭科学还研究炭集合体的各种物理与化学性质。
核心内容：自有机物前驱体出发，通过热处理使有机物转化成具有可被控制的微晶排列的炭固体，这一知识乃是炭材料科学的最核心部分。
有机原料中间状态终炭材料：1、形成过程（机理） 2、各过程中物质的结构与性质（化学、物理）3、外界条件与材料结构性能的关系；第一部分碳的结构与性能1、碳的结晶形式有哪些，阐述其结构与性能的关系？结晶形式：金刚石、石墨、咔宾、富勒烯金刚石：SP3杂化轨道，四个等同σ共价键，具饱和性和方向性面心立方晶体特征：1）硬而脆；2）碳中密度最大（3.52g/cm3）；3) 1800℃以上转换为石墨；4）电绝缘体和热良导体；5）具四个等同轨道，如果与氢、碳结合就形成典型的脂肪族化合物。
碳材行业知识点总结
碳材行业知识点总结碳材行业是一个涉及广泛，应用范围广泛的行业，它与许多产业有着紧密的联系，包括航空航天、能源、汽车、电子、建筑材料等。
碳材行业的发展，对于提高产品性能，节约能源，保护环境，具有非常重要的意义。
本文将对碳材行业的基本知识进行总结，以便读者对这个行业有一个全面了解。
一、碳材行业概述碳材行业是以碳素材料为基础的一个产业，主要包括碳纤维、碳纳米管、碳纤维增强塑料等材料的生产和应用。
碳材料的优点是具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、导电、导热等特性，被广泛应用于航空航天、航空工业、汽车工业、电子产业、能源领域等。
二、碳材行业发展历程碳材行业源远流长，早在古代，人们就已经发现了一些具有碳材料特性的自然物质，比如石墨、煤炭等。
随着人类对材料科学的认识不断深入，碳材料的开发和应用也在不断扩大。
特别是20世纪下半叶以来，碳材行业得到了迅速发展，碳纤维、碳纳米管等新型材料的发明和应用，极大地推动了该行业的发展。
三、碳材行业的分类碳材料可以根据其原料和制备工艺的不同，分为许多种类。
比较常见的碳材料主要包括：石墨、活性炭、碳纤维、碳纳米管、碳纤维增强塑料、碳复合材料等。
每一种碳材料都具有其特有的性能和应用领域。
四、碳材行业的应用领域碳材料的优异性能，使得它在许多领域得到了广泛应用，主要包括：1.航空航天领域：碳纤维复合材料在航空器结构中的应用，可以减轻结构重量，提高飞机的性能。
2.汽车工业：碳纤维增强塑料在汽车轻量化设计中的应用，可以减轻汽车自重，提高燃油效率。
3.电子产业：碳纳米管、石墨等材料在电子元器件中的应用，可以提高电子元器件的导电性能，降低能源损耗。
4.能源领域：石墨、活性炭等材料在储能和催化剂方面的应用，可以提高能源利用效率，降低环境排放。
五、碳材行业的发展趋势随着科学技术的不断进步，碳材行业也面临着一些新的发展趋势，主要包括：1.智能化、数字化：碳材料的生产和应用将更加智能化和数字化，利用大数据、人工智能等技术提高生产效率和产品质量。
一、碳材料基础
1． 碳的结构
乱层结构的判定：
石墨化度 G
理想石墨晶体的G＝100%， 完全不可石墨化的G＝0, 任何一种炭素材料 G＝(0.344-d002)/(0.344-0.3354)*100%
贝多芬头发变成一颗璀璨的蓝钻——单质碳的“七十二变”
图1贝多芬画像
图2贝多芬头发所制蓝钻
1． 碳的结构
7．石墨还能防止锅炉结垢
8．石墨可作铅笔芯、颜料、抛光剂。 9．电极
10.密封材料
Thanks!
Pt=(Dt-Dv)/Dt*100%
2.
碳的性质
碳的化学性质
炭素材料化学性质稳定，因此耐腐蚀。但在高温下与氧化性气体反
应，或在强氧化性介质中发生氧化作用，在高温下熔解于金属并生成碳 化物。
表征方法：TG、XRD、元素分析等
2.
碳的性质
碳的机械性质
抗压强度----单向受压力作用破坏时，单位面积上所承受的荷载。
抗折强度----单位面积承受弯矩时的极限折断应力。
式中Re为试样抗折强度，MPa；F为试样折断时最大载荷， N；
L为下刀口之间距离，mm；b为试样断面宽度，mm；
h为试样断面高度，mm。
2.
碳的性质 碳的机械性质
弹性模量 ----材料所受应力与应变之间的关系。
2.
碳的性质 碳的热学性质
比热容——不随炭材料的石墨化度和种类而变化
蒸气压——蒸气压低，可在高温真空条件下使用 热导率——石墨热导率呈各向异性，炭材料热导率与石墨化度成正
比 ，与温度成反比。
热膨胀系数——固体材料的长度随温度升高而增大的现象称为线热 膨胀。与石墨化度成反比。具有各向异性。
抗热震性——能经受温度的剧变而不受破坏的性能。
碳知识点归纳总结
碳知识点归纳总结一、碳的基本概念碳是地球上一种非常常见的元素，化学符号为C，原子序数为6，在元素周期表中位于第14族。
它是一种固体元素，具有多种同素异形体，包括金刚石、石墨、纳米碳等。
碳在自然界中广泛存在，它是有机物的主要组成部分，也是地球上生命存在的基础。
碳的化学性质稳定，与许多元素和化合物发生反应，形成各种有机物和无机物。
二、碳的物理性质1. 碳的同素异形体：碳在自然界中存在多种同素异形体，包括金刚石、石墨、纳米碳等。
这些同素异形体的结构和性质各有不同，具有广泛的应用价值。
2. 碳的热导率和电导率：金刚石具有很高的热导率和电导率，是一种优良的导热材料和导电材料。
3. 碳的密度：金刚石的密度较大，为3.5g/cm^3，而石墨密度较小，为2.3g/cm^3。
这种密度差异导致了它们的物理性质上的差异。
三、碳的化学性质1. 碳与氧气的反应：碳在高温下与氧气发生剧烈的反应，生成二氧化碳。
这是一种非常重要的反应，在自然界中是碳循环的重要环节。
2. 碳的还原性：碳具有很强的还原性，可以还原许多金属离子。
3. 碳的化合物：碳可以与许多元素形成化合物，包括碳氢化合物、碳氧化合物等。
四、碳的地质作用1. 煤炭的形成：煤是一种由植物残体经过压实和高温作用形成的矿物质，主要由碳和氢等元素组成。
煤炭是一种重要的化石燃料，被广泛用于工业生产和能源生产。
2. 石油和天然气的形成：石油和天然气是由古代生物遗体经过压实和高温作用形成的，主要由碳和氢等元素组成。
它们是人类重要的能源资源之一。
3. 碳酸盐的沉积：碳酸盐是由碳酸钙等矿物质形成的矿石，存在于地球表面的岩石中，是地壳中的重要成分。
五、碳的生物地球化学循环1. 生物的呼吸作用：在生物的呼吸作用中，碳化合物被氧化成二氧化碳释放到大气中。
2. 植物的光合作用：植物通过光合作用将二氧化碳转化成有机物，释放氧气。
3. 碳酸盐岩的形成：当有机物被埋藏在地下形成石油和天然气时，经过化学作用形成碳酸盐岩。
碳的知识点总结归纳
碳的知识点总结归纳1. 碳的基本性质碳是自然界中存在的一种非金属元素，化学性质稳定。
碳在常温常压下主要存在于形成石墨和金刚石等多种结构。
此外，富勒烯也是一种新的结构形式，近年来被广泛研究和应用。
富勒烯是由60个碳原子构成的球形分子，呈现出特殊的物理和化学性质，被认为是一种重要的纳米材料。
2. 碳的同素异形体碳的同素异形体是指碳原子在化学式中的排列方式不同，从而形成不同的物质。
常见的碳的同素异形体有：石墨、金刚石、富勒烯和纳米管等。
这些同素异形体在结构和性质上存在巨大的差异，因此具有广泛的应用价值。
3. 碳的化学键碳原子最外层电子壳有4个电子，可以与其他原子形成4条共价键。
碳原子的这种性质使得它在有机化合物中具有很大的多样性，可以形成各种不同的分子和结构。
有机化合物是由碳原子和氢原子以及其他元素原子通过共价键连接而成的化合物，是生物体和现代社会中的重要组成部分。
4. 碳的生物地球化学循环碳是地球上生命的基础元素，生物体的组成都含有大量的有机碳。
碳通过生物地球化学循环不断的在大气、地壳和生物圈之间循环。
其中最主要的循环方式是碳的大气循环和生物圈之间的循环。
碳通过植物的光合作用和动物的呼吸作用不断的循环，维持了地球上的空气成分和气候。
5. 碳的环境问题碳排放问题已经成为全球性的环境问题，大气中二氧化碳浓度的升高导致了全球气候变暖和海平面上升。
人类通过燃烧化石燃料和大规模砍伐森林等方式加大了碳的排放，造成了严重的环境问题。
因此，控制碳排放并减缓气候变暖已经成为国际社会亟待解决的问题。
6. 碳的应用作为有机化合物的基础元素，碳在现代社会中有广泛的应用。
从化工产品到医药产品，从材料科学到能源技术，碳都发挥着重要作用。
碳纳米管和富勒烯等新材料的诞生为纳米科技和材料科学领域带来了新的发展方向。
同时，碳的元素化学性质也为人类生存和发展提供了丰富的资源。
总之，碳作为化学元素周期表中的第六号元素，不仅在自然界中普遍存在，并且在生物体和现代社会中都有着重要的作用。
碳材料科学-知识点总结
1、炭材料的多样性？(广义和狭义定义)广义上看：金刚石、石墨、咔宾都属于炭材料，这是一个广义的定义，但由于金刚石和咔宾在自然界存在非常少，结构也单一，不像石墨那样具有众多的过渡态中间结构（如焦炭、CF、煤炭、炭黑、木炭等）。
狭义上看：炭材料一般是指类石墨材料，即以SP 杂化轨道为主构成的炭材料，从无定形炭到石墨晶体的所有中间结构物质（过渡态碳），它是由有机化合物炭化制得的人造炭。
补充：新型炭材料：根据使用的目的，通过原料和工艺的改变，控制所得材料的功能，开发出新用途的炭及其复合材料。
大谷杉郎认为：新型炭材料可大致分为三类。
一是强度在100MPa以上，模量在10GPa以上使用时不必后加工的方法制得的新型炭成型物；二是以炭为主要构成要素，与树脂、陶瓷、金属等组成的各种复合材料；三是基本上利用炭结构的特征，由炭或炭化物形成的各种功能材料。
2、炭材料的基本性质？和金属一样具有导电性、导热性；和陶瓷一样耐热、耐腐蚀；和有机高分子一样质量轻，分子结构多样；另外，还具有比模量、比强度高，震动衰减率小，以及生体适应性好，具滑动性和减速中子等性能。
这些都是三大固体材料金属、陶瓷和高分子材料所不具备的。
因此，炭及其复合材料被认为是人类必须的第四类原材料。
3、炭材料科学的主要研究内容？研究自然界中（广义）一切增炭化（富碳）物质的形成过程机理，特别是着重于它（包括原料经历部分炭化的中间产物）多层次的微观结构的形成，以及此结构在外界条件（如温度、压力）影响下的转变。
此外，炭科学还研究炭集合体的各种物理与化学性质。
核心内容：自有机物前驱体出发，通过热处理使有机物转化成具有可被控制的微晶排列的炭固体，这一知识乃是炭材料科学的最核心部分。
有机原料中间状态终炭材料：1、形成过程（机理） 2、各过程中物质的结构与性质（化学、物理）3、外界条件与材料结构性能的关系；第一部分碳的结构与性能1、碳的结晶形式有哪些，阐述其结构与性能的关系？结晶形式：金刚石、石墨、咔宾、富勒烯金刚石：SP3杂化轨道，四个等同σ共价键，具饱和性和方向性面心立方晶体特征：1）硬而脆；2）碳中密度最大（3.52g/cm3）；3) 1800℃以上转换为石墨；4）电绝缘体和热良导体；5）具四个等同轨道，如果与氢、碳结合就形成典型的脂肪族化合物。
碳材料知识点总结
碳材料知识点总结一、碳材料的基本性质1. 碳材料的结构碳材料通常具有多种结构形式，包括非晶碳、石墨、金刚石、纳米碳材料等。
这些结构形式的不同来源于碳元素的排列方式和键合状态。
石墨是由层状碳原子通过SP2杂化轨道形成的，具有层间键结构，层间间隙较大，易于插入或吸附小分子。
金刚石由三维共价键网络构成，具有非常高的硬度和热导率。
而纳米碳材料则是在纳米尺度下形成的碳结构，包括碳纳米管、石墨烯等，具有特殊的电学、热学和力学性能。
2. 碳材料的性能碳材料具有许多优异的性能，包括高强度、高导电性、高热导率、化学稳定性、低密度等。
石墨烯具有极高的电子迁移率和热导率，且具有出色的柔韧性和透明性。
碳纳米管也具有优异的力学性能和导电性能，在纳米电子器件和复合材料中有着广泛的应用。
3. 碳材料的表面性质碳材料的表面性质对其在吸附、催化等方面具有重要影响。
由于其大的比表面积和高的孔隙度，大部分碳材料都具有良好的吸附性能。
在化学催化反应中，碳材料也可以作为良好的载体，提高催化剂的活性和稳定性。
二、碳材料的制备方法1. 石墨烯的制备石墨烯的制备方法主要包括机械剥离法、化学气相沉积法、化学剥离法、还原氧化石墨等。
机械剥离法是最早的石墨烯制备方法，通过机械剥离石墨材料得到单层石墨烯。
化学气相沉积法通过碳源气体在金属基底上热解得到石墨烯。
还原氧化石墨则是通过化学还原将氧化石墨氧化物还原为石墨烯。
2. 碳纳米管的制备碳纳米管可以通过化学气相沉积法、电化学沉积法、等离子体增强化学气相沉积法等多种方法制备。
其中，化学气相沉积法是最常用的制备方法，通过碳源气体在催化剂的作用下形成碳纳米管。
3. 碳纤维的制备碳纤维的制备主要包括聚丙烯腈基碳纤维和石墨基碳纤维两种。
聚丙烯腈基碳纤维是目前主要的碳纤维制备方法，通过聚合物纤维的热解得到碳纤维。
石墨基碳纤维则是通过石墨化石墨纤维的加热石墨化得到的。
4. 碳材料的功能化改性除了传统的碳材料制备方法外，功能化改性也是一种常用的手段，通过引入不同的元素和功能基团，改善碳材料的性能和增加其应用领域。
碳知识点总结框架
碳知识点总结框架一、碳的基本特性1. 原子序数和分布：碳的原子序数是6，元素符号为C，在自然界中丰度排名第17位。
2. 结构和性质：碳是一种非金属元素，常见的结构有钻石、石墨、富勒烯和纳米碳管等。
其中，钻石是由碳原子构成的立方晶系晶体，是地球上最坚硬的矿物之一；石墨是由碳原子构成的层状结构，有良好的导电性和延展性；富勒烯是由碳原子构成的球状结构，具有良好的光电性能；纳米碳管是由碳原子构成的管状结构，具有优异的机械性能和导电性能。
二、碳的来源和形式1. 自然界中的碳循环：自然界中的碳循环主要包括大气、陆地和海洋三个圈层，碳在这些圈层之间进行物质的转移和交换，形成了一个完整的碳循环系统。
大气中的二氧化碳和甲烷是两种重要的温室气体，它们对地球的气候和环境产生重要影响；陆地上的植物通过光合作用将二氧化碳转化为有机物，海洋中的海藻和浮游生物也可以吸收二氧化碳，形成海洋生物的生物碳储量；此外，碳还可以以有机碳和无机碳的形式存在于土壤、岩石和矿物中。
2. 人类活动与碳排放：人类活动是导致地球碳循环失衡和气候变化的主要原因之一。
工业化过程中，燃烧化石燃料释放大量的二氧化碳气体，导致大气中温室气体浓度的增加；除此之外，森林砍伐、土地利用变化、生物质燃烧等人类活动也会释放大量的碳气体，导致碳的过度排放和环境压力增加。
三、气候变化与碳排放1. 温室效应的机制：温室效应是地球大气中温室气体（如二氧化碳、甲烷、氯氟烃等）吸收并重新辐射地表辐射的能量，使得地球表面温度上升，形成一种类似于温室内的保温效应。
在一定程度上，温室效应对地球的气候稳定和生物生态平衡具有重要影响。
2. 气候变化的影响：由于人类活动导致的温室气体排放增加，全球气候系统受到了空前的挑战，气候变化已经成为全球范围内的一个重大问题。
气候变化对自然生态、生物多样性、粮食安全、水资源供应、海洋和极地环境等各个方面均产生了深刻的影响，严重威胁着人类社会的发展和生存。
碳的基础知识、简介及应用
3.1 碳元素的特点
• 碳元素的最大特点之一：存在着众多同素异形体。如人们熟悉的金刚石和 石墨，前些年发现的卡宾（碳宾、碳烯 ），以C60为代表的富勒烯和碳 纳米管等以及最新发现的石墨烯(Graphene)。
碳纳米管 石墨烯
石墨
金刚石
富ห้องสมุดไป่ตู้烯
——碳元素构成材料的特点
• 几乎可涵盖地球上所有物质的性质甚至相对立的两种性质，如从最硬 到极软、全吸光到全透光、绝缘体到半导体到导体、绝热到良导热、 高临界温度的超导体等。
轨道重叠成键的方式:
Sigma “头碰头”
Pi
“肩并肩”
3.4 碳的单质
sp2家族（石墨家族）
石墨
六方晶系石墨 菱形石墨 大量介于晶体和无 定型组织结构之间 的石墨 碳纳米管 单壁 、 多壁 石墨烯
3.4 碳的单质
sp 家族 [线形碳，卡宾（碳烯）]
聚炔（ Polyyne-type） 累积双键（Cumulene-type）
第一讲 碳材料的基础知识—结构、 性质
第一节 碳材料的基础知识
传统碳材料
• • • • • • •
新型碳材料
• • •
• • • • • (New Carbons) 金刚石(Diamond) 炭纤维(carbon fibers) 石墨层间化合物(Graphite Intercalation compounds) 柔性石墨(Flexible graphite) 核石墨（Nuclear graphite） 多孔炭(Porous carbons) 储能用炭材料 玻璃炭（Glass-like carbons）
• 石墨烯 • 纳米金刚石
碳纳米材料的分类
碳材料科学与技术：复习
后续
Ra: 芳环 Rn：饱和环烃
根据核磁共振谱推测的石油沥青结构
（二）煤沥青
1. 煤沥青的生成
煤气 煤焦油 煤 焦炭
2. 煤沥青的族组成分析
3. 煤沥青的分子结构模型
三、中间相的生成
（一）中间相生成的一般过程
中间相的形成与发展过程
（二）中间相的结构及影响因素
（三）合成中间相
（四）中间相理论的应用 1. 针状焦
三、VGCF原理
与炭黑高温裂解相区别的催化剂的加入，因此 VGCF的生长机理与催化剂密不可分。
四、VGCF的性质
第三节 富勒烯与纳米碳管
一. 富勒烯的合成方法 （1） 电弧放电法
1990年, Kraschmer和Huffman等人 （2） 苯火焰燃烧法
1991年7月,麻省理工学院教授Jack Howard及其 实验伙伴，从1000g纯碳中得到3g富勒烯。 （3）高频加热蒸发石墨法
活 性 炭 用 于 环 境
高 纯 高 密 石 墨
热 解 石 墨 和 热 解
高 性
炭 纤
膨 胀
中 间
金 刚
60
能维石相石碳
炭复墨炭薄纳
纤合 微膜米
维材 球 管
….
料
炭
C
业
3.炭材料的结构与性质
（1）碳原子及其杂化轨道
SP3（正四面体） 、SP2（正三角型）、SP（直线型）
（2）碳的同素异形体
金刚石（diamond）
针状焦的结构性质参数
2. 中间相炭微球（MCMB）
用途：锂离子二次电池电极材料 粒径：5－100um
第二部分 气相碳化 第一节 碳 黑
二、 碳黑的分类 1. 按生产方法分
碳材料概述
利用了石墨具有导电性、润滑性和熔点高
二、金刚石与石墨
金刚石合成已有40多年的历史。其合成方法大致可分为两类： 石墨转化法（静态超高压高温法+动态法）和气相合成法 1954 年人造金刚石在美国通用电气公司的诞生，揭开了人工合 成金刚石发展的序幕，它是静态高压高温技术发展的重大成果。 化学气相沉积 (CVD) 金刚石膜的问世是人工合成金刚石技术发 展的第二次大飞跃。20世纪50年代和60年代，美国、苏联等国先 后在低压下实现了金刚石多晶膜的化学气相沉积。1987年“金刚 石薄膜”的合成在世界上兴起，但合成方法归纳起来主要有 CVD
是目前所发现的最薄的二维材料，石墨烯是构建其它维数碳材料（如零维富勒 烯、一维CNTs、三维石墨）的基本单元。 0D: fullerenes (wrapped up) Graphene can be 1D: nanotubes (rolled into) 3D: graphite (stacked into)
应用：环境中NO2 和NH3的监测。
/u/vw/27747616
IBM 研制的碳纳米管芯片
(2012.11)
右图中非常黯淡的黑线是跨越两个电 触点间隙的碳纳米管。 IBM的技术可 以在每一个沟槽中放置一根碳纳米管。
四、新型碳材料
Graphene
石墨烯是由碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成的，其理论厚度仅为0.35 nm，
美国建筑师富勒的设计之一
C60是20世纪的重大科学发现之一，极大地拓展了人类对碳材料的认识！
四、新型碳材料
C60的发现
★ C60的主要合成法：石墨气化法（激光、电弧）、纯碳燃烧法 ★应用前景：
超导材料：金属掺杂（K, Rb)的C60插层合物（18K，29K）—最早令人关注的。 （室温下富勒烯是分子晶体，C60的能隙为1.5eV（半导体）。但经过适当的金 属掺杂后能变成超导体。 ） 磁性材料： Dy组装在C80的笼内； 太阳能电池材料：PCBM， C60的有机衍生物，由于它的很好的溶解性，很高 的电子迁移率等常用于有机太阳能电池的电子受体标准物 ； 催化剂材料：有机官能团改性，此外还有医学、光学领域。
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1、炭材料的多样性？（广义和狭义定义）广义上看：金刚石、石墨、咔宾都属于炭材料，这是一个广义的定义，但由于金刚石和咔宾在自然界存在非常少，结构也单一，不像石墨那样具有众多的过渡态中间结构（如焦炭、CF煤炭、炭黑、木炭等）。
狭义上看：炭材料一般是指类石墨材料，即以 SP 杂化轨道为主构成的炭材料，从无定形炭到石墨晶体的所有中间结构物质（过渡态碳），它是由有机化合物炭化制得的人造炭。
补充：新型炭材料：根据使用的目的，通过原料和工艺的改变，控制所得材料的功能，开发出新用途的炭及其复合材料。
大谷杉郎认为：新型炭材料可大致分为三类。
一是强度在100MPS以上，模量在10GPa以上使用时不必后加工的方法制得的新型炭成型物；二是以炭为主要构成要素，与树脂、陶瓷、金属等组成的各种复合材料；三是基本上利用炭结构的特征，由炭或炭化物形成的各种功能材料。
2、炭材料的基本性质？和金属一样具有导电性、导热性；和陶瓷一样耐热、耐腐蚀；和有机高分子一样质量轻，分子结构多样；另外，还具有比模量、比强度高，震动衰减率小，以及生体适应性好，具滑动性和减速中子等性能。
这些都是三大固体材料金属、陶瓷和高分子材料所不具备的。
因此，炭及其复合材料被认为是人类必须的第四类原材料。
3、炭材料科学的主要研究内容？研究自然界中（广义）一切增炭化（富碳）物质的形成过程机理，特别是着重于它（包括原料经历部分炭化的中间产物）多层次的微观结构的形成，以及此结构在外界条件（如温度、压力）影响下的转变。
此外，炭科学还研究炭集合体的各种物理与化学性质。
核心内容：自有机物前驱体出发，通过热处理使有机物转化成具有可被控制的微晶排列的炭固体，这一知识乃是炭材料科学的最核心部分。
有机原料中间状态丨终炭材料：1形成过程（机理）2、各过程中物质的结构与性质（化学、物理）3、外界条件与材料结构性能的关系；第一部分碳的结构与性能1、碳的结晶形式有哪些，阐述其结构与性能的关系？结晶形式：金刚石、石墨、咔宾、富勒烯金刚石：SP3杂化轨道，四个等同c共价键，具饱和性和方向性面心立方晶体特征：1）硬而脆；2）碳中密度最大（3.52g/cm3）; 3） 1800 E以上转换为石墨；4）电绝缘体和热良导体；5）具四个等同轨道，如果与氢、碳结合就形成典型的脂肪族化合物。
石墨：SP2杂化轨道，2S2Px2Py三个在同一平面内互为120C角的三个等价的c 键，剩余的2Pz轨道与c键所在的平面垂直形成n键；n电子属非定域电子，在受到外电磁场作用时可在六元环网上自由运动，形成金属键；n键较弱，易发生断裂；特性：1）不熔融和极高的化学稳定性，a面内抗拉强度极高；2）导电导热性好；黑色；3）解离性和自润滑性，易形成层间化合物；4）各向异性。
咔宾：SP杂化轨道，2个c键，2个n键；两种类型：B累积烯烃=C=C=C= a聚炔-C=C-C=C-;线状，单元链长10-12C原子，六方晶体；树脂状组织，白色，白碳特性：具有半导体及超导体性质；生物相容性好；由a聚炔出发易于转化为金刚石。
富勒烯：当SP2杂化轨道形成的六圆环在一起形成某些五圆环时，它就不再呈平面状而是呈现球状笼形结构；C60 20个六元环、12个五元环，当六元环增加时，则可形成更大的球形分子；最大到 C96Q特性：C60为球形分子，可以在有机溶剂中溶解；相等的化学环境，芳香性；C60 直径7.1A，分子晶体，有机与无机的交叉点。
2、碳的相图及其相互转化？金刚石和石墨的形成及转化条件：C(diama nd)C(graphite) △ H=-2.1KJ/mol 石墨低压稳定相、金刚石高压稳定相A :石墨催化转化为金刚石的区域B:石墨自发快速转化为金刚石的区域C:金刚石自发快速转化为石墨的区域D:石墨自发缓慢转化为金刚石的区域T1: 4100K P1: 12GPaT2: 4020 ± 50KP2: 12.25 ± 1.47MPa3、概念:炭化，石墨化，可石墨化炭，不可石墨化炭，石墨化性炭，非石墨化性炭1)Carbonization ( 炭化)is a process of formatio n of material with in creas ing carb on content from orga nic material, usually by pyrolysis, ending with an almost pure carb on residue at temp. up to 1600K.2)Graphitizati on (石墨化)non-graphitic carbon into graphite by thermal activation. The degree of graphitization depends upon the temp. of the heat treatment and the timeIs a solid state tran sformatio n of thermod yn amically un stableallowed to anneal structure.3)Non-graphitizable Carbon (不可石墨化炭)are those which cannot be transformed into graphitic carbon solely by heat treatment up to 3300K under atmospheric or lower pressure.4)Graphitizable Carbon ( 可石墨化炭 )are those which can be transformed into graphitic carbon by heat treatment up to 3300K under atmospheric or lower pressure.5)Non-graphitic Carbon (非石墨质炭)are all varieties of substance consisting mainly of the element carbon with two dimensional long range order of the carbon atoms in plannar hexagonal networks, but without any measurable crystallographitic order in the third direction (c-direction) apart from more or less parallel stacking.Many non-graphitic carbon can be converted into graphitic carbons by heat treatment to about 2500K. Such conversion is called graphitization.6)Graphitic Carbon (石墨质炭)are all varieties of substance consisting of the element carbon in the allotropic form of graphite irrespective of the presence of structural defects.4、石墨化度的表征？石墨化程度的表征 /石墨化度： XRD: d002 La Lc Maire and Meringd002=3.354g+3.440(1-g) g=0-1 g=(3.440- d002)/(3.440-3.354)L(hki)=k X / B cos 05、炭材料具有优良抗热震性能的原因？材料在高温下使用并且经受温度剧变而不破坏的性能，又称耐急冷急热性和热稳定性。
（ 1 ）温度急变导致材料破坏的原因：热传导的滞后性，表面和内部产生温度梯度（ 2 ）炭材料具有优良抗热震性能的原因A、热导率入值大和线膨胀系数a l值小；B、模量E值小，缓解热应力的效果好；C提高材料的抗拉或抗切强度有利于改善抗热震性。
6、炭材料热膨胀的特点？A、a比金属材料小得多；B、易石墨化炭材料的线膨胀系数随石墨化度提高而减小，难石墨化炭材料则相反度提高而减小，难石墨化炭材料则相反；C炭材料的线膨胀系数具有各向异性a方向：＜4000，变化很小，常温达到极小，随后增大，8000 1x10-6/K c 方向：为正值，（25-30） 10-6/K。
7、炭材料导电的特点？A、电阻率具有明显的各向异性；B、石墨化程度高则电阻率小；C、电阻温度系数不同炭材料的电阻率和电阻温度系数不同，有的随温度升高而减小，有的则增大。
在一定温度下的导电性是在此温度下材料内自由电子热激发和晶格点阵热振动的综合反映。
8、影响炭材料力学性能（强度和模量）的因素，如何提高 CF的力学性能？基本结构特征： 1）多晶多层结构； 2）宏观组织特征是含有气孔。
因此，炭材料的力学性能受到气孔率、孔径分布、组织缺陷、晶粒大小、石墨化度等因素的影响。
提高CF强度的主要措施：细晶化和减少缺陷。
9、炭与过渡金属的反应类型？1）1 B U B （以Cu,Zn为代表，d ）,不与碳反应；2）W B族（Fe,Co,Ni为代表，d层6-10电子），催化熔解碳，形成固溶体；3）W B-VD B族（Ti,Cr,Mn为代表，d层2-5电子），与碳共价形成碳化物。
第二部分有机物成炭的途径1、炭化的概念及包含哪些类型？有机化合物的炭化途径： 1）气相炭化； 2）液相炭化—中间相理论与应用 3）固相炭化与多相炭化。
2、炭化反应的实质？3、有机物热解的一般规律？4、气相炭化的定义及包含哪些内容？定义：考察一切气态原料转化成固体碳的过程，即挥发先于热解的化合物、碳原子数在20个以下的链烷烃、烯烃或芳烃化合物，通常具有 200E以下的沸点，在通常情况下于气相中进行炭化。
主要包括： 1）气态烃高温下在惰性固体表面的沉炭反应； 2）烃类在无氧和有氧热解条件下气相成核和多分散炭黑的形成； 3）在活性金属质点存在下气态烃类经催化分解而生成纤维状炭。
4、低碳烃的热解反应规律及其化学反应类型？低碳烃的热解反应规律：a 链烷烃：CnH2n+2——CnH2n + H2 ; CnH2n+2——Cn-xH2n-2x+2 + CxH2xb烯烃：在中温压力（＜500 °C,50atm ）下，烯烃的热反应以聚合为主，高分子量烯烃也发生解聚反应。
乙烯一-初期产物（甲烷、乙炔、丙烯、 1-丁烯和丁二烯等）一-终产物（环烯烃和芳烃化合物）c 环烷烃：主要发生脱氢反应形成芳烃e无取代芳烃：主要导致生成联芳基（联苯、联萘等）f取代芳烃：烷基取代芳烃在热解时化学键的碎裂发生在侧链上C a-C B、Q -C Y、C芳-C a键，生成二芳基甲烷、二芳基乙烷、烷基联苯等，进一步的热缩聚导致生成大尺寸多环芳烃或齐聚多核联芳基。