碳纖維的電子性質(zhì)

碳(C)纖維材料(Material)的電性質(zhì)與碳纖維中電子的能帶結(jié)構(gòu)密切相關(guān)(related)，能帶理論認為，碳纖維中的電子不再限制于個別的原子，而是在整個碳纖維內(nèi)運動，稱為共有化電子。在討論共有化電子的運動狀態(tài)時假定原子實處在其平衡位置（position )，而把偏離平衡位置（position )的影響(influence)看成微擾，對于理想晶體，原子規(guī)則排列成晶格，晶格具有周期性。

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  因而等效勢場V(r)也應(yīng)具有周期性。碳纖維生產(chǎn)傳統(tǒng)的玻璃纖維相比，楊氏模量是其3倍多；它與凱夫拉纖維相比，楊氏模量是其2倍左右，在有機溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性突出。晶體中的電子就是在一個具有晶格周期性的等效勢場中運動。

  電子只能存在于不同的能帶區(qū)域，從內(nèi)到外分別稱為第
　　一、第
　　二、第三……布里淵區(qū)。碳纖維配件“外柔內(nèi)剛”，質(zhì)量比金屬鋁輕，但強度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。在討論碳(C)纖維的電學(xué)性質(zhì)時，可以籠統(tǒng)地將能帶分為價帶和導(dǎo)帶，價帶和導(dǎo)帶之間稱為禁帶，當禁帶寬度不大于0eV時，碳纖維為導(dǎo)體；當禁帶寬度大于0時，固體一般具有半導(dǎo)體（semiconductor）性質(zhì)；當價帶沒有完全充滿時，碳纖維具有空穴(Electron hole)導(dǎo)電性質(zhì)。價帶和導(dǎo)帶可以對應(yīng)于價鍵理論中的成鍵和反鍵軌道。
  金剛石的禁帶寬度達5.47eV，具有極強的絕緣(insulated)能力，經(jīng)過攙雜，可以在金剛石中產(chǎn)生一定量的載流子，從而實現(xiàn)金剛石的半導(dǎo)體（semiconductor）應(yīng)用，這是目前CVD金剛石研究（research)領(lǐng)域的熱門課題之一；在場致發(fā)射方面，金剛石也具有廣泛(extensive)的應(yīng)用前景。碳纖維配件“外柔內(nèi)剛”，質(zhì)量比金屬鋁輕，但強度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。
  
  石墨(化學(xué)式C )晶胞的倒格子空間，第一布里淵區(qū)邊界及成鍵、反鍵軌道空間結(jié)構(gòu)圖，在二維六邊形布里淵環(huán)的頂點上，成鍵和反鍵。軌道幾乎重疊在共同，即使無缺陷結(jié)晶石墨也只有約40meV的能隙，缺陷與雜質(zhì)一般總是提高碳(C)纖維中載流子的密度（單位:g/cm3或kg/m3)，同時會提高對電子的散射能力，因此碳纖維材料(Material)一般為導(dǎo)體并具有比較高的電阻(resistance)加熱效應(yīng)。