炭材料是一種既古老又年輕、 既普通又神奇的材料。根據(jù)宇宙爆炸學(xué)說(shuō), 在約150億年前, 由于巨大的能量塊碰撞即宇宙爆炸生成了基本粒子, 基本粒子又生成氫和氦, 三個(gè)氦原子結(jié)合就生成了碳。地球上的碳約90%以碳酸鈣(主要是石灰石)的形式存在。

碳在地球表面的存在量位居14位, 約為0.33%(w), 碳在地球上因?yàn)楹粑?nbsp;分解、 燃燒等作用而循環(huán), 其循環(huán)過(guò)程見(jiàn)圖1-1。

圖1-1 碳在地球上的循環(huán)

50萬(wàn)年前的北京猿人就已學(xué)會(huì)用火, 尼安德特智人25萬(wàn)年前也已經(jīng)使用火, 從而產(chǎn)生了木炭, 因此可以認(rèn)為人類第一個(gè)采用化學(xué)方法制備的材料就是炭材料。公元前10世紀(jì)殷墟的甲骨文中, 煤炱已用作墨水使用。木炭、 煤炭、 石墨在我們的生活中被用作燃料、 顏料和冶煉金屬的還原劑等。此后直到18世紀(jì)的工業(yè)革命時(shí)期, 炭的利用率都沒(méi)有太多的變化。而炭的新制備、 新結(jié)構(gòu)、 新應(yīng)用一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)。1906年, 法國(guó)化學(xué)家享利·莫瓦桑(Henri Moissan)因?yàn)楹铣扇嗽旖饎偸瘸晒@得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)(后面證明是一場(chǎng)誤會(huì), 真正人類歷史上第一次合成人造金剛石是1955年的事); 1996年美國(guó)化學(xué)家柯?tīng)?R.F. Curl)、 斯莫利(R.E. Smalley)及英國(guó)化學(xué)家克羅托(H.W. Kroto)因?yàn)?985年發(fā)現(xiàn)富勒烯獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng); 2010年俄裔科學(xué)家安德烈海姆(Andre Geim)、 康斯坦丁諾沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)因?yàn)?004年發(fā)現(xiàn)石墨烯而獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。由此可見(jiàn)炭材料在科學(xué)上的重要性。炭素材料的發(fā)展史見(jiàn)表1-1。 

表1-1 炭素制品及其技術(shù)的發(fā)展史[1]