碳元素是自然界中存在的與人類密切相關、的元素之一,它具有sp、sp2、sp3雜化的多樣電子軌道特性,在加之sp2的異向性導致晶體的各向導性和其它排列的各向導性。因此以碳元素為構成元素的碳素材料具有各式各樣的性質,并且新碳素相合新碳素材料還不斷被發現和人工制得。事實上,沒有任何元素能像碳這樣作為單一元素可形成像三維金剛石晶體、二維石墨層片、一維卡賓和碳納米管、零維富勒烯分子等如此之多的結構與性質完全不同的物質。表1給出了碳的化學鍵合及其形成的各種典型有機物、無機物和碳相的例子。
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