คาร์บอน เป็นองค์ประกอบมหัศจรรย์ เป็นองค์ประกอบพื้นฐานที่ทำหน้าที่เป็นโครงกระดูกของสิ่งมีชีวิตทุกชนิดบนโลก และเป็นองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดในร่างกายมนุษย์ วัสดุคาร์บอน นอกจากนี้ ยังมีเอกลักษณ์เฉพาะตัวในความสามารถในการรวมเอาสิ่งที่ตรงข้ามและความเป็นหนึ่งเข้าด้วยกันได้ คาร์บอนอาจมีขนาดบางเท่าเส้นผม เบาเท่าขนนก และแข็งแรงกว่าเหล็ก วัสดุคาร์บอนเป็นทั้งฉนวนและตัวนำ ทั้งเป็นฉนวนกันความร้อนและนำความร้อน อีกทั้งยังดูดซับแสงได้ทั้งหมดและส่งผ่านแสงได้ทั้งหมด ความคล่องตัวนี้ทำให้วัสดุคาร์บอนมีคุณสมบัติและการใช้งานที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลาและไม่เหมือนใคร
ความแตกต่างระหว่าง “ถ่านไม้” กับ “คาร์บอน”
คาร์บอนหมายถึง วัสดุ, which are solid substances with carbon as the main component. The chemical composition is impure and often contains other impurities, such as coal, carbon black, coke, etc.
คาร์บอนหมายความถึงธาตุ และมีการใช้คำที่เกี่ยวข้องกับอะตอมคาร์บอนและธาตุคาร์บอน เช่น คาร์ไบด์ เครือข่ายระนาบคาร์บอน คาร์บอเนต เป็นต้น
การจำแนกประเภทของวัสดุคาร์บอน
วัสดุคาร์บอน มีประวัติศาสตร์ยาวนานและมีความหลากหลาย ซึ่งสามารถแบ่งได้เป็น 3 ประเภท คือ วัสดุคาร์บอนแบบดั้งเดิม (Classic Carbon) วัสดุคาร์บอนพิเศษ (Special Carbon) และวัสดุคาร์บอนนาโน (Nano Carbon) วัสดุคาร์บอนนาโนและวัสดุคาร์บอนพิเศษเรียกรวมกันว่าวัสดุคาร์บอนใหม่ ดังแสดงในรูปด้านล่าง
คาร์บอนกัมมันต์
ถ่านกัมมันต์เป็นคาร์บอนชนิดหนึ่งที่ผ่านการแปรรูปเป็นพิเศษเพื่อให้มีโครงสร้างรูพรุนที่พัฒนาขึ้นและพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ มีความสามารถในการดูดซับที่แข็งแกร่งและพื้นที่ผิวจำเพาะสูง โครงสร้างรูพรุนภายในได้รับการพัฒนาอย่างดีและมีความหนาแน่นเป็นกลุ่มต่ำ ถ่านกัมมันต์ใช้กันอย่างแพร่หลายในการทำน้ำให้บริสุทธิ์ การกำจัดซัลเฟอร์ การแยกไนเตรต การกู้คืนตัวทำละลาย การดูดซับในกรณีฉุกเฉิน และการกำจัดปรอท นอกจากนี้ยังใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาหรือตัวรองรับตัวเร่งปฏิกิริยาในการเตรียมและการปฏิรูปก๊าซ
ฟูลเลอรีน
ฟูลเลอรีนเป็นโมเลกุลกลวงที่ประกอบด้วยคาร์บอนทั้งหมด อาจมีรูปร่างเป็นทรงกลม ทรงรี ทรงกระบอก หรือท่อ ฟูลเลอรีนมีคุณสมบัติในการขนส่งอิเล็กตรอนที่ดี สามารถใช้เป็นวัสดุรับในเซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์ได้ ฟูลเลอรีนที่ละลายน้ำได้มีคุณสมบัติในการออกซิเดชัน สามารถผลิตออกซิเจนที่มีปฏิกิริยาได้หลายรูปแบบ ฟูลเลอรีนเป็นสารเพิ่มความไวต่อแสงที่มีประสิทธิภาพ สามารถเปลี่ยนออกซิเจนในสถานะสามให้เป็นออกซิเจนในสถานะซิงเกลต์ที่ใช้งานได้ ฟูลเลอรีนมีฤทธิ์ต้านริ้วรอย เพิ่มความขาว ลดการอักเสบ และซ่อมแซม ไม่ก่อให้เกิดอันตรายร้ายแรงต่อร่างกายมนุษย์
คาร์บอนนาโนทิวบ์
คาร์บอนนาโนทิวบ์เป็นวัสดุนาโนที่มีมิติเดียว มีความแข็งแรง นำไฟฟ้าได้ และนำความร้อนได้สูง คาร์บอนนาโนทิวบ์ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น ยานยนต์พลังงานใหม่ ผลิตภัณฑ์ดิจิทัล 3C เซมิคอนดักเตอร์ และโครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงาน ความต้องการเชิงพาณิชย์หลักของคาร์บอนนาโนทิวบ์มาจากแบตเตอรี่ลิเธียมและพลาสติกที่มีคุณสมบัติเป็นสื่อไฟฟ้า ความต้องการมากกว่า 80% มาจากอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ลิเธียม
นาโนไดมอนด์
เพชรนาโนเป็นวัสดุเพชรในระดับนาโนเมตร มีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมบางอย่างเช่นเดียวกับเพชรทั่วไป เช่น ทนทานต่อการสึกหรอและนำความร้อนได้ เพชรนาโนมักใช้เป็นสารเคลือบสำหรับวัสดุ เช่น โลหะ ยาง พลาสติก และแก้ว นอกจากนี้ยังใช้เป็นสารหล่อลื่นและวัสดุเจียรละเอียด นักวิจัยใช้เพชรนาโนเพื่อยับยั้งการเติบโตของเดนไดรต์ในแบตเตอรี่ลิเธียม ทำให้แบตเตอรี่ทำงานได้อย่างเสถียร เพชรนาโนมีการใช้งานที่น่าสนใจในด้านการปล่อยสนามแคโทดเย็น อิเล็กโทรดไฟฟ้าเคมี หน้าต่างออปติก การสื่อสารควอนตัม และการส่งยา
คาร์บอนที่มีรูพรุน
คาร์บอนพรุนมีขนาดรูพรุนที่หลากหลาย คาร์บอนพรุนเป็นวัสดุคาร์บอนที่มีโครงสร้างรูพรุนที่หลากหลาย คาร์บอนพรุนมีความเสถียรทางเคมีสูง ทนต่อการกัดกร่อนของกรดและด่าง และนำไฟฟ้าได้ดี มีต้นทุนต่ำและใช้กันอย่างแพร่หลายในการแยกก๊าซ การฟอกน้ำ การเร่งปฏิกิริยา และการแยกเกลือออกจากน้ำด้วยความร้อนจากแสงอาทิตย์ นอกจากนี้ยังใช้ในงานอวกาศเป็นวัสดุป้องกันความร้อนที่มีฉนวนกันความร้อนและความต้านทานในตัว
กราฟีน
กราฟีนเป็นวัสดุคาร์บอนสองมิติ ประกอบด้วยชั้นเดียวของอะตอมคาร์บอนที่เรียงตัวกันเป็นโครงตาข่ายรังผึ้ง เป็นองค์ประกอบโครงสร้างพื้นฐานของคาร์บอนอัญรูปอื่นๆ เช่น กราไฟต์ เพชร คาร์บอนนาโนทิวบ์ และฟูลเลอรีน กราฟีนมีคุณสมบัติทางแสง ไฟฟ้า และกลศาสตร์ที่ยอดเยี่ยม มีศักยภาพอย่างมากในสาขาต่างๆ เช่น วิทยาศาสตร์วัสดุ การประมวลผลระดับไมโคร-นาโน พลังงาน และการประยุกต์ใช้ทางการแพทย์ กราฟีนถือเป็นวัสดุที่ปฏิวัติวงการในอนาคต