碳同素異形體

碳同素異形體指的是元素碳的同素異形體，即純碳元素所能構成的各種不同的分子結構。

* 金剛石（鑽石）

是目前在地球上發現的眾多天然存在中最堅硬的物質，可作為工藝品和工業中的切割工具。

* 藍絲黛爾石（Lonsdaleite，六角金剛石）

為流星上的石墨在墜入地球時所形成。撞擊時的巨大壓力及熱量改變石墨構形形成金剛石，卻又保留了石墨的平行六邊形晶格，並構成了立方的六方晶格。是世界上最堅硬的一種晶體。

* 石墨

一種最軟的礦物，可用於製造鉛筆芯和潤滑劑。

*石墨烯（單原子層石墨）

是一種只有一個原子層厚度的准二維材料，目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，很可能會成為硅的替代品，也非常適合作為透明電子產品的原料。

* 富勒烯徠（Fullerenes，也被稱為巴基球或足球烯）

富勒烯與石墨結構類似，但石墨的結構中只有六元環，而富勒烯中可能存在五元環。富勒烯類化合物在抗HIV、酶活性抑制、切割DNA、光動力學治療等方面有獨特的功效。

* 直鏈乙炔碳（Linear Acetylenic Carbon，也稱卡拜（Carbyne）、線型碳（Linear carbon））

具有-(C三C)n-類型的結構，每個碳都是sp雜化，碳碳單鍵和三鍵交替。這種類型卡拜的楊氏模量是金剛石的40倍，是很好的納米材料。

* 無定形碳（Amorphous，內部結構是石墨）

一般指木炭、焦炭、骨炭、糖炭、活性炭和炭黑等。除骨炭含碳在10%左右以外，其餘主要成分都是單質碳。用途極為廣泛，日常生活和工農業生產中常用到無定形碳。

* 碳納米管（carbon nanotubes，巴基管）

一維納米材料，重量輕，六邊形結構連接完美，具有許多異常的力學、電學和化學性能。

* 趙石墨（Chaoite）

石墨與隕石碰撞時產生，具有六邊形圖案的原子排列。

* 汞黝礦結構（Schwarzite）

由於有七邊形的出現，六邊形層被扭曲到“負曲率”鞍形中的假想結構。

* 纖維碳（Filamentous carbon）

小片堆成長鏈而形成的纖維。

* 碳氣凝膠（Carbon aerogels）

密度極小的多孔結構，類似於熟知的硅氣凝膠。

* 碳納米泡沫（Carbon nanofoam）

蛛網狀，有分形結構，密度是碳氣凝膠的百分之一，有鐵磁性。

最常見的兩種單質是高硬度的鑽石和柔軟滑膩的石墨，它們晶體結構和鍵型都不同。金剛石每個碳都是四面體4配位，類似脂肪族化合物；石墨每個碳都是三角形3配位，可以看作無限個苯環稠合起來。

碳同素異形體系統橫跨完全極端且十分不同的範圍。

* 鑽石是人類已知最硬的礦石；石墨是最軟的礦石之一。

* 鑽石是終極的研磨劑；石墨是非常好的潤滑劑。

* 鑽石是一流的絕緣體；石墨是良導體。

* 鑽石通常是透明的；石墨是不透光的。

* 鑽石的結晶是六方晶系；石墨是立方晶系。

* 鑽石的價值昂貴；石墨的價格普通。

* 不定形碳是最容易合成的材料之一；碳納米管是需極端高昴的成本才能製得的材料。

* 不定形碳是完全等方向（isotropic）擴展的材料；碳納米管是只有一個方向前後延伸的非等方向（anisotropic）材料。

(詳見詞條 富勒烯)

C60分子具有芳香性，溶於苯呈醬紅色。可用電阻加熱石墨棒或電弧法使石墨蒸發製得。C60有潤滑性，可能成為超級潤滑劑。金屬摻雜的C60有超導性，是有發展前途的超導材料。C60還可能在半導體、催化劑、蓄電池材料和藥物等許多領域得到應用。C60分子可以和金屬結合，也可以和非金屬負離子結合。當鹼金屬原子和C60結合時，電子從金屬原子轉到C60分子上，可形成具有超導性能的MxC60，其中M為K，Rb,Cs；x為摻進鹼金屬原子的數目。K3C60在18K以下是超導體，在18K以上是導體。摻進原子數最多可達6個，K6C60是絕緣體。C60是既有科學價值又有應用前景的單質，其在生命科學、醫學、天體物理等領域也有一定的研究意義。富勒烯的成員還有C78、C82、C84、C90、C96等。富勒烯的形狀也有管狀等其他形狀。