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石炭的秘密：为什么它被称为无定形碳？
在自然界中，碳以多种形式存在，这些形式包括我们熟悉的石墨和钻石。然而，对于无定形碳这一概念，许多人可能并不熟悉。无定形碳实际上并非一种特定的物质，而是一类具有共同特征的碳材料，其主要特点是不具晶体结构。
无定形碳简单来说就是自由且反应性强的碳，它没有晶体结构。
煤的化学成分
在矿物学中，无定形碳的名称主要用于描述煤、碳化物衍生碳及其他不纯的碳形式，这些形式均不属于石墨或钻石。这些材料在结晶学上，其实并不完全无定形，而是以石墨或钻石的多晶材料排列于无定形碳基质中。
现代科学中的应用
随着20世纪下半叶现代薄膜沉积和生长技术的发展，比如化学气相沉积、溅射沉积和阴极弧沉积技术，如今可以制造出真正的无定形碳材料。真正的无定形碳含有局部的π电子，其键结长度和距离与碳的其他同素异形体不一致。
它还含有高浓度的悬空键，这使得在使用衍射进行测量时，原子间距的偏差超过了5%。
无定形碳的特性
无定形碳薄膜的性质取决于沉积过程中的参数，而其主要特征在于sp2和sp3杂化键的比率。石墨由纯粹的sp2杂化键组成，而钻石则由纯粹的sp3杂化键组成。高含量的sp3杂化链接的材料被称为四面体无定形碳，这是因为sp3杂化键形成了四面体结构。
高sp3杂化键的无定形碳具有与钻石相似的许多物理性质。
Q-碳的探索
Q-碳，即快速冷却的碳，是一种被宣称为无定形碳的材料，据说它具有铁磁性、电导性、硬度超越钻石，还能展现出高温超导性。这种材料于2015年由北卡罗来纳州州立大学的研究小组发现，并发表了多篇关于其合成和特性的研究论文。
然而，迄今没有独立的实验确认该物质及其属性。
未来的研究方向
虽然Q-碳的研究仍在持续，但其所宣称的特性仍待进一步验证。许多研究者正在开展关于无定形碳材料特性的研究，意图扩展其应用范围。
无定形碳的探索正进一步扩大我们对碳的认识，这不仅是材料科学上的创新，也可能为未来的技术提供全新的方向。然而，这些材料在实际应用中是否能真正释放其潜力，仍然是一个值得我们深入思考的问题吗？
