碳纤维为什么是黑色的？

如果有人问碳纤维有什么愿望，我想它肯定会说想拍一张彩色照片。

这当然是一句调侃的话，不过也正说明了碳纤维的颜色太单一，只有黑色的可选。上帝给了碳纤维黑色的外观，它却想创造多彩的生活。所以，有人开始在碳纤维的颜色上下起了功夫。今天这篇文章简单聊一聊碳纤维颜色那点事。

碳纤维为什么是黑色的?最惯常的说法是，碳纤维是碳材料，碳元素本来就是黑色的，所以碳纤维就是黑色的嘛。

这里有两个错误，首先碳元素是没有颜色之说的。元素是一个抽象出来的，用来分类的概念，它是一类原子的总称，并没有所谓的宏观性质。就像我们说动物，我们无法说动物的身高、体重这种属性，只有具体到某种动物或者某一个体才能使用。所以，我们只有具体到哪种碳材料，才能说是什么颜色的。

其次，并不是所有碳材料都是黑色的。金刚石也是碳材料，晶莹剔透、光彩夺目，跟常见的石墨、碳纤维大相径庭。以至于常人很难把金刚石归结为碳材料的范畴。这里面颜色的差异就隐藏在组成碳材料原子的排列结构上。

碳材料由碳原子按照一定规律排列出来的。不同的排列方式，表现出不同的性质。即使是相同的元素，排列不同，表现的性质也会天差地别。金刚石是世界上硬度最高的物质，而同样是碳材料的石墨却很柔软，在纸上摩擦就能留下明显的黑色“足迹”，也被用来做铅笔的笔芯。

物质表现出不同的颜色，其原理在今天已经非常了解了，当物质（分子或离子）吸收了相当可见光能量的电磁波后，就会表现出被人眼所能觉察到的颜色。所以物质之所以具有不同的颜色，这是因为它对不同的波长的可见光具有选择性吸收的结果。而表现为黑色的碳材料，就是因为它吸收了所有波长可见光，所以表现为黑色。

表现为黑色的碳材料，如石墨、碳纤维、不定性碳等，之所以吸收所有的颜色的可见光，主要是因为含有石墨微晶这种结构。

在元素周期表中，C排在第6位，原子核外有6个电子，按照电子排列规则，C原子最外层有4个自由电子，需要与其他电子组合成化合建才能达到稳定状态。而石墨微晶结构中，1个碳原子与周围3个碳原子形成共价键，组成六边形网格结构，这种六元网格结构堆垛起来，形成石墨微晶结构。

C原子4个自由电子中，除了形成化学键的3个电子，剩余1个自由电子，游离在六元网格上，与所有的自由电子形成一个覆盖在六元网格上的大π键，这层自由电子可以自由移动，在加载电压之后，可以定向移动，使石墨结构具有很好的导电性，这也是石墨、碳纤维等碳材料可以导电的原理。

这层自由电子，就像一个大海绵，吸收各种颜色波长可见光能量。不过单层石墨六元网格结构还不足以将所有颜色波长可见光吸收，多层石墨六元网格结构的堆垛，才能使石墨微晶结构表现为黑色。

而金刚石材料中1个碳原子与周围4个碳原子形成共价键，没有可以自由移动的电子，不吸收任何可见光。光线照射进来被折射一圈之后，又被折射出去，所以表现为晶莹剔透的无色。同时没有自由移动的自由电子，就没有导电的可能，所以，金刚石不能导电。

上帝给了黑色的外表，它却想创造多彩的生活。尤其是汽车改装领域，人们痴迷于碳纤维纹路的科技感外观，却又烦恼颜色太单一。有些脑子活络的商人，看准用户的这一需求，发明了具有碳纤维纹路的贴膜，来丰富外观。也有的厂商琢磨如何给碳纤维添加不同的颜色。

可是碳纤维表面并没有活性基团，很难用染色剂染色。通常厂商将碳纤维与其他颜色纤维，如芳纶、玄武岩、玻纤等混编，来制造不同颜色的织物。甚至有很多不良厂商，将玻璃纤维染上黑色，冒充碳纤维，来欺骗不明就里的用户。

混编得来的颜色往往不能尽如人意，也有厂商考虑在碳纤维表面镀一层金属涂层，来达到改变颜色的目的，或者在与碳纤维复合的树脂内加入一些着色剂来改变外观。2007年苹果公司就采用一种叫做“scrim”的涂层，来给碳纤维上色。

市场的刺激在缓步进行，技术的发展总有个过程，当碳纤维提供给人更强、更轻的属性后，下一步可能就是更炫。

这真是一个看脸的时代，不是吗？