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從煤炭到Q-carbon：無定形碳的演變如何改變材料科學？
無定形碳，作為沒有晶體結構的自由反應型碳，其存在形態多樣，從煤炭到現代的Q-carbon，顯示出這種材料在科學界和工業領域的重要性。無論是煤礦中的無定形碳，還是現代技術所製造的合成材料，這些碳的形式都在不斷挑戰我們對材料科學的認識。
無定形碳材料可以通過用氫終止懸空的π鍵來穩定。
在礦物學中，無定形碳通常指煤、碳化物衍生碳及其他不純的碳形式，這些都不是石墨或鑽石的正確形態。儘管在結晶學中，這些材料並不完全無定形，而是由石墨或鑽石的多晶材料組成，包裹在無定形碳的基質中。這樣的複雜組成讓我們對碳的理解變得更加深刻。
進入20世紀後期，隨著薄膜沉積和生長技術的發展，如化學氣相沉積、濺射沉積和陰極弧沉積等技術，科學家們成功製造出了真正的無定形碳材料。這些材料的磷酸莫耳（π）電子呈局部化狀態，與石墨中的芳香性π鍵相比，顯示出其獨特的化學結構和物理性質。
真正的無定形碳包含著高濃度的懸空鍵，這些鍵的存在使得原子間距的偏差達到5%以上。
對於無定形碳薄膜的性質常常取決於沉積過程中的參數，而其主要特徵則在於材料中sp2與sp3雜化鍵的比例。石墨完全由sp2雜化鍵組成，而鑽石則完全由sp3雜化鍵組成。當材料中sp3雜化鍵的含量較高時，則稱之為四面體無定形碳，其形狀如同由sp3鍵所形成的幾何形狀，或者稱其為類鑽碳，因其許多物理性質與鑽石相似。
實驗上，sp2與sp3的比率可以透過比較不同光譜峰的相對強度來確定，包括電子能量損失光譜（EELS）、X射線光電子能譜（XPS）以及拉曼光譜。儘管這種表徵方法似乎在石墨和鑽石之間顯示出了一維範圍的性質，但事實上，無定形碳材料的特性變化多端，這激發了目前對其性質深入研究的興趣。
目前，對於無定形碳材料的特徵及其所攜帶的廣泛性質，研究仍在不斷進行。
另一個近期備受矚目的材料是Q-carbon，這一新型材料由北卡羅來納州立大學的研究小組於2015年首次宣布發現。Q-carbon被讚譽為比鑽石更堅硬的材料，且具備鐵磁性和高溫超導性。這種無定形碳的結構是隨機的，並且兼具sp2和sp3鍵，使得其特性相當獨特。
Q-carbon的製造過程涉及將碳加熱至高溫，然後快速淬火，而這一過程能生成從納米針到大面積鑽石薄膜的不同形狀。此項技術的潛在應用廣泛，從電子設備到高端材料科學均可能帶來變革。
儘管Q-carbon的潛力巨大，但目前尚未有進一步的獨立實驗確認其特性。
然而，科學界對於Q-carbon的特性仍抱持懷疑，特別是其描述的高溫超導性及其他特點尚未被其他研究團隊所驗證。在北卡羅來納州立大學的研究小組所宣稱的潛力背後，還需更多獨立的、科學的證據來支撐這項技術的未來。
無論是煤炭的歷史，還是Q-carbon的前沿技術，無定形碳無疑在材料科學的演進中扮演著不可或缺的角色，並不斷激發著我們對於碳材料的研究與應用。面對這些潛力無窮的碳形態，我們應該思考：未來的材料科學將如何受到這些新型碳材料的影響呢？
