同素異形體
「碳原子」透過不同的排列組合方式可以組成石墨、鑽石、碳60、奈米碳管,雖然它們的成份都是碳,但其特性卻有很大的差異。這一類由相同原子組成,但結構不同的物質,稱為「同素異形體」。


石墨
石墨是由片狀石墨烯,一層一層堆疊而成,為可導電的非金屬。鉛筆中的筆芯就是由石墨與黏土混和而成,利用石墨層與層之間吸引力很小的特性,使石墨在寫字時能夠經由摩擦殘留在紙上。


鑽石
鑽石雖同為碳原子組成,卻透明、堅硬、不導電。不同於其他三種碳的同素異形體(石墨、碳60和奈米碳管),鑽石中每一個碳都與四個碳原子結合,形成非常穩固的結構。


碳60
由60個碳所組成,發現時只知道品質為碳原子的60倍,因此命名為「碳60」,當時科學家只能推測出其結構為半球體,直到在世界博覽會時,看到由五角形和六角形所組成的半球體蒙特婁巨蛋,才破解碳60形狀如一顆足球,是20個六邊形及12個五邊形所構成的中空結構,為紀念這個發現,科學家以「巴克富勒烯」為碳60命名,紀念蒙特利爾巨蛋的設計者巴克明斯特.富勒,簡稱為「巴克球」。
巴克球因其特殊之性質,可用來對抗愛滋病毒,且能成為攜帶藥物的超小型膠囊。

奈米碳管
1991年,日本科學家飯島澄男研究碳60時,意外發現一些管狀的針狀物,在顯微鏡下觀察,發現是由多個碳原子組成的六邊形所構成,稱為奈米碳管。 奈米碳管的直徑在幾奈米到幾十奈米之間,有良好的導熱、導電性,某些形態的奈米碳管還有金屬及半導體特性,可用於製作顯示器。
由於奈米碳管重量輕,強度卻是鋼的100倍以上,且彈性佳、不易斷裂,因此可望作為太空電梯的纜線,未來太空人也許可以不靠火箭,改搭電梯上太空囉!



用膠帶撕出的諾貝爾獎─石墨烯
石墨中單層的片狀結構稱為石墨烯。
2010年諾貝爾物理學獎頒給了用膠帶分離出石墨烯的兩位科學家,他們利用最不奈米的技術,為奈米碳材的發展,立下重要的里程碑。