在自然界中，鉆石的原石金剛石毫無(wú)疑問(wèn)是最堅硬的物質(zhì)。
金剛石和人們的日常生活息息相關(guān)，在很多工業(yè)工程領(lǐng)域以及生活加工領(lǐng)域都能看到它們的身影。
比如，加工玻璃用的玻璃刀，刀頭上就是一小塊金剛石，可以輕松把比鋼鐵還堅硬的玻璃劃開(kāi)。
作為奢侈品和工藝品的鉆石的切割與加工，除了使用激光，也只能使用金剛石，因為自然界沒(méi)有比它自身更硬的物質(zhì)。也正是由于它最硬，所以不會(huì )磨損、刮花，能夠一直保持光亮如新。
之所以金剛石可以切割自身是由于其硬度具有方向性，八面體晶面硬度大于菱形十二面體晶面硬度，菱形十二面體晶面硬度大于六面體晶面硬度。
另外，金剛石也是科學(xué)研究的重要物質(zhì)之一，幫助人們研究物體特別是碳原子的結構性質(zhì)。
金剛石如此堅硬的原因是在其晶體中，碳原子按四面體成鍵方式互相連接，組成無(wú)限的三維骨架，是典型的原子晶體。每個(gè)碳原子都以SP3雜化軌道與另外4個(gè)碳原子形成共價(jià)鍵，構成正四面體。由于C-C鍵很強，所有的共價(jià)電子都參與了共價(jià)鍵的形成，沒(méi)有自由電子，所以金剛石硬度大，而且不導電，性質(zhì)穩定。
隨著(zhù)科學(xué)家對金剛石物質(zhì)結構的研究特別是碳原子結構的深入研究，發(fā)現理論上存在碳原子的二維排列，而這種二維排列的碳原子形成的物質(zhì)會(huì )有很多新奇的特性。
這就是石墨烯，諾貝爾物理學(xué)獎獲得者安德烈·蓋姆（Andre Geim）和康斯坦丁·諾沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）戲劇性地通過(guò)撕膠帶的方式獲取了石墨烯，從而揭開(kāi)了這種新物質(zhì)的神秘面紗。
石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，被認為是一種未來(lái)革命性的材料。
但是，二維的石墨烯并不是碳元素物質(zhì)的終極形態(tài)。
早在1885年，德國化學(xué)家阿道夫·馮·拜爾（Adolf von Baeyer）就首次提出了炔碳的概念，他描述了線(xiàn)性炔碳——或者說(shuō)無(wú)限長(cháng)度的碳鏈——的存在，并將其稱(chēng)為“卡賓碳（carbine）”。
沒(méi)錯，就是一緯的碳原子鏈。這種鏈條的外觀(guān)非常像DNA，相互纏繞扭曲在一起，碳原子之間不同的化學(xué)鍵彼此鏈接，具有超高的硬度強度，是石墨烯強度的2.2倍，是金剛石的40倍，是鋼鐵的200倍。
美國萊斯大學(xué)專(zhuān)門(mén)進(jìn)行了一項針對卡賓碳的研究，用計算模型證明卡賓碳是世界上最強的材料。
但是，這種一緯的碳原子鏈極為不穩定，所以在自然界并不存在。甚至這種物質(zhì)能不能合成，在科學(xué)界都是有爭議的。
直到來(lái)自維也納大學(xué)的研究團隊開(kāi)發(fā)出了一種新方法，能批量生產(chǎn)出由超過(guò)6400個(gè)碳原子組成的碳鏈。
這種創(chuàng )新方法就是利用兩層石墨烯環(huán)繞組成的雙層壁碳納米管來(lái)提供一個(gè)穩定的環(huán)境，然后在其管腔里合成一維的碳原子鏈并促使其生長(cháng)。
在石墨烯材料制作的環(huán)境里，卡賓碳的長(cháng)度達到了之前的50倍。
然而，即便是合成了超過(guò)6400個(gè)碳原子的碳鏈，但肉眼仍然看不見(jiàn)，研究人員只能通過(guò)透射電子顯微鏡、X 射線(xiàn)衍射儀、近場(chǎng)共振拉曼光譜法證實(shí)這一碳鏈的存在。
研究結果表明，這種碳鏈在實(shí)驗環(huán)境下非常穩定，其電學(xué)性能取決于碳鏈的長(cháng)度。而且，由于卡賓碳的力學(xué)和電學(xué)屬性與眾不同，未來(lái)或有助科學(xué)家們制備出新型納米電子和光機設備。
很顯然，在材料領(lǐng)域以及工程領(lǐng)域，卡賓碳有望會(huì )是繼石墨烯之后又一熱門(mén)的新型材料，也將是下一代納米電子頂尖科技設備的必備材料。
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