碳纖維資訊：碳纖維的固相反應與石墨的層間插入

　　

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 碳纖維的固相反應在產業上存在重要利用，多數金屬是以氧化物的情勢存在，金屬氧化物的生成自由能隨溫度的回升而增大，與此比較，碳纖維的氧化反應自由能變小，因此只有進步溫度，所有的金屬氧化物都能用碳還原。

  金屬跟碳纖維直接反應或者金屬氧化物烴類還原可能生成金屬碳纖維化物，碳纖維化物的品種有鹽型化合物、侵入型化合物、過渡金屬碳纖維化物等，鹽型碳化物是元素周期表中Ⅰ~Ⅲ族元素的碳化物，多數跟CaC2一樣，跟水反應生成乙炔。碳纖維制品在之前還有一種說法是，碳纖維制品與同等質量的金屬材料相比，碳纖維的強度等于金屬強度的12倍。侵入型碳化物為碳纖維原子進入原子半徑在0.13nm以上的金屬形成的縫隙型固溶體，個別不透明、極硬、熔點高，例如，HFC的熔點為4160K，在雙組分組成的化合

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  物中最高。過渡金屬化合物是原子半徑在0.13nm以下的F
　　E、Ni等過渡金屬的碳纖維化物，個別結協力較小，輕易與水反應生成各種烴類。碳纖維制品在之前還有一種說法是，碳纖維制品與同等質量的金屬材料相比，碳纖維的強度等于金屬強度的12倍。

  在石墨晶體的層面之間插入其余一層原子或者分子將形成石墨層間化合物(GICs)，插入的層間原子為堿金屬鉀之類的含有自由電子的金屬時，電子將從層間原子轉移到石墨原子上，形成施主型
GiCs，其費密能級比石墨高數個數量級。碳纖維制品廠家由于碳纖維擁有極高的材質特性，因此碳纖維制品的強度大，硬度高，遠超過同體積同重量的金屬材質。因此，碳纖維制品在航空、航海、軍工等高科技工業領域有著廣泛的應用。反過來，受主型GICs中，空穴從層間原子轉移到石墨原子上，降落了石墨的費密能級。

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  插入層內的原子或分子之向，受到金屬鍵等強結協力作用，而在插入層與插入層之間，因為所帶電荷雷同而彼此排斥，這樣在由插入層與石墨層形成的超晶格中存在應力。插入層之間石墨原子的層數稱為這種超晶格的階數，如四階的鉀插入層化合物中，鉀層之間的石墨層數為4；該GICs中，鉀層的厚度為0.535nm，鉀層與鉀層之間的厚度為5XO.335nm=1.675nm。