碳纤维为什么是黑色的？碳纤维导电的原理是什么？

摘要

文章主要阐述了物质颜色的原理以及碳材料（如石墨、碳纤维）与金刚石在结构和导电性方面的差异。物质的颜色来自于对不同波长可见光的选择性吸收。碳材料因含有石墨微晶结构，能吸收所有颜色的可见光而呈黑色。这种结构中，碳原子形成共价键，剩余自由电子形成大π键，使石墨具有良好的导电性。而金刚石中碳原子形成四个共价键，没有自由电子，因此无色且不导电。

正文

物质表现出不同的颜色，其原理是当物质（分子或离子）吸收了相当可见光能量的电磁波后，就会表现出被人眼所能觉察到的颜色。所以物质之所以具有不同的颜色，这是因为它对不同的波长的可见光具有选择性吸收的结果。

黑色的碳材料，就是因为它吸收了所有波长可见光，所以表现为黑色。

表现为黑色的碳材料，如石墨、碳纤维、不定性碳等，之所以吸收所有的颜色的可见光，主要是因为含有石墨微晶这种结构。

在元素周期表中，C排在第6位，原子核外有6个电子，按照电子排列规则，C原子最外层有4个自由电子，需要与其他电子组合成化合建才能达到稳定状态。而石墨微晶结构中，1个碳原子与周围3个碳原子形成共价键，组成六边形网格结构，这种六元网格结构堆垛起来，形成石墨微晶结构。

石墨结构与大π键结构模型

C原子4个自由电子中，除了形成化学键的3个电子，剩余1个自由电子，游离在六元网格上，与所有的自由电子形成一个覆盖在六元网格上的大π键，这层自由电子可以自由移动，在加载电压之后，可以定向移动，使石墨结构具有很好的导电性，这也是石墨、碳纤维等碳材料可以导电的原理。

这层自由电子，就像一个大海绵，吸收各种颜色波长可见光能量。不过单层石墨六元网格结构还不足以将所有颜色波长可见光吸收，多层石墨六元网格结构的堆垛，才能使石墨微晶结构表现为黑色。

而金刚石材料中1个碳原子与周围4个碳原子形成共价键，没有可以自由移动的电子，不吸收任何可见光。光线照射进来被折射一圈之后，又被折射出去，所以表现为晶莹剔透的无色。同时没有自由移动的自由电子，就没有导电的可能，所以，金刚石不能导电。

金刚石结构模型

部分文字来源碳纤维研习社