炭材料是一種既古老又年輕、 既普通又神奇的材料。根據(jù)宇宙爆炸學說, 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, 三個氦原子結合就生成了碳。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), 碳在地球上因為呼吸、 分解、 燃燒等作用而循環(huán), 其循環(huán)過程見圖1-1。

圖1-1 碳在地球上的循環(huán)

50萬年前的北京猿人就已學會用火, 尼安德特智人25萬年前也已經(jīng)使用火, 從而產(chǎn)生了木炭, 因此可以認為人類第一個采用化學方法制備的材料就是炭材料。公元前10世紀殷墟的甲骨文中, 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世紀的工業(yè)革命時期, 炭的利用率都沒有太多的變化。而炭的新制備、 新結構、 新應用一直是人們關注的重點。1906年, 法國化學家享利·莫瓦桑(Henri Moissan)因為合成人造金剛石等成果獲得諾貝爾化學獎(后面證明是一場誤會, 真正人類歷史上第一次合成人造金剛石是1955年的事); 1996年美國化學家柯爾(R.F. Curl)、 斯莫利(R.E. Smalley)及英國化學家克羅托(H.W. Kroto)因為1985年發(fā)現(xiàn)富勒烯獲得諾貝爾化學獎; 2010年俄裔科學家安德烈海姆(Andre Geim)、 康斯坦丁諾沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)因為2004年發(fā)現(xiàn)石墨烯而獲得諾貝爾物理獎。由此可見炭材料在科學上的重要性。炭素材料的發(fā)展史見表1-1。 

表1-1 炭素制品及其技術的發(fā)展史[1]