從玻纖到光纖，從碳纖到？
現在我們用光纖傳遞信息已經習以為常，幾乎每家人家裝寬帶，自然而然的就想到裝光纖。但在并不遙遠的過去，這簡直是天方夜譚...
玻纖的應用有很多年的歷史，應用的領域也很多，但玻纖一直是作為增強材料使用。當然玻璃是透明的，長長的玻纖絲，可不可以傳遞光呢？因為玻棒就可以傳遞光，比如牙科醫生用彎曲的玻璃棒來把燈光導入病人的口腔為手術照明。
如果是玻纖呢？玻纖細細長長，還非常軟，那樣不就可以隨意傳播了嗎？
1938年，美國Owens Illinois Glass公司與日本日東紡績公司終于可以生產玻璃長纖維了?？蛇@個時候生產的光纖是裸纖，光纖的傳播是利用全內反射原理，全內反射角由介質的折射系數決定，裸纖會引起光泄漏，光甚至會從粘附在光纖上的油污泄漏出去。1951年，光物理學家Brian O’Brian提出了包層的概念。有了概念，就開始試驗。有人試圖用人造黃油作為包層，但不實用。也有人也想到了蜂蠟和塑料，比人造黃油好多了，但仍然不實用。1956年，密歇根大學的一位學生制作了個玻璃包層光纖，他用一個折射率低的玻璃管熔化到高折射率的玻璃棒上。
這樣利用光的全內反射作用，光纖就可以在玻璃纖維中傳播了。
隨著通信技術的發展，常規的電信號傳播的方法有一定的限制，人們想到了光波。隨著臺激光器問世，加之光纖的發明，工程師們將目光聚集在利用激光器加光纖的光纖通信方式。工程師們經過無數次試驗，但發現大量的光被玻璃吸收，光在玻璃中會嚴重衰減，傳播損耗太大，光纖根本無法實現遠距離通信。
在無數次失敗之后，基本上所有人都放棄了。但仍然有一個年輕人相信，通過光纖傳遞光，繼而傳遞信號有希望。他花了很長研究光與玻璃的關系，發現光在玻璃中的衰減主要歸于三大原因：玻璃分子的吸收與散射、玻璃分子結構不規則的影響、玻璃中雜質的吸收與散射。他認為若能在制造玻璃的過程中去除雜質，就有機會大幅改善光衰減，就能實現光信號的傳播。1966年7月，高錕就光纖傳輸的前景發表了具有歷史意義的論文。該文分析了造成光纖傳輸損耗的主要原因，從理論上闡述了有可能把損耗降低到20dB／公里的見解，并提出這樣的光纖將可用于通信。
但這只是理論，如果驗證，得需要工業界的的配合，但一個毛頭小伙子，提出這么一個大膽的理論，誰信呢？于是，他滿跑，宣傳他的理論，找企業、找人配合他做。我估計，那時候他肯定像個唐僧一樣，逮到個機會，就絮絮叨叨的宣傳他的理論。
好在他也是名校出身，論文也在高級別的期刊的發表（幸好那時還沒有SCI因子，不然說不定OVER呢）。他的論文漸漸的消除了學術界、工業界的疑慮，證明了光導纖維傳輸信息的可行性，很多人也就跟上來做研究了。隨后，工業界投入人力和財力，科學家、工程師全力以赴，開始根據他的理論對光纖通信進行研發。幾年以后，美國康寧公司真的拉出了20dB/公里的光纖?？祵幑緜€實現了與理論一致的結果，并突破了他所提出的每公里衰減20分貝（20dB/km）關卡，證明光纖作為通信介質的可能性。
在這基礎上，人們又進一步進行研究，通過光纖進行光通信就成為了現實，而他也成了光纖之父，并獲得了諾貝爾獎。到這里大家一定猜到他是隨了，他就是高錕。
筆者數年以前在光纜行業瞎混過一段時間，雖然絕大多數在外圍，但也略做過一點研究。而且更早一些年，還做過玻纖改性。更重要的是光纖的重要性和特性留下了深深的烙印。
近一些年，筆者從事碳纖維及復合材料相關的工作，工作有一定的年頭了，成績談不上，但是還愿意多看些書，多動點腦筋，多思考。
碳纖維（carbonfiber，簡稱CF），是一種含碳量在90%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。碳纖維的微觀結構類似人造石墨，是亂層石墨結構，在沿纖維軸方向表現出很高的強度。
碳纖維及微觀的結構
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注意碳纖維描述中的兩個關鍵詞：含碳量大于90%，亂層石墨烯結構。但這是碳纖維的必然嗎？
如果雜質太多，就會破壞碳纖維的結構。試想，如果碳纖維的含碳量能做到99%以上，能達到99.9%或99.99%甚至以上？將會如何？
另外亂層石墨結構是碳纖維繞不開的結構？
如果雜質太多，就會破壞碳纖維的結構。姑且亂不亂層不說，雜質多了，連石墨烯的六邊形結構可能都有缺失。
石墨烯關鍵在于其二維層狀結構。如上圖所示，單層石墨烯是SP2雜化的六元環，在聊一聊神奇的碳中，講到了集中類型談的雜化形式，簡單說來，SP2雜化的碳六元環類似的就是苯環，苯環形成的大π共軛鍵，使電子可以在整個苯環上離域，但苯環另外還有氫。而石墨烯的氫由碳替代，所以整個石墨烯結構就是一個離域的共軛結構，理論上電子可以在整個石墨烯網狀鏈上自由流動。
理論中具有具備良好結構碳纖維，在碳纖維纖維方向，具備良好的導電、導熱性能。隨著技術的發展，做出純度很高的碳纖維，這樣會有更接近完美的性能。
隨著技術的發展，同時我們可以進行分子結構層面的設計，由亂層石墨烯結構，做出錯層石墨烯結構的碳纖維，對性能將會有更好提升。
而且錯層石墨烯結構的碳纖維，將會可能有特別的驚喜......
以材料來判斷時代，石器時代、青銅時代、鐵器時代，現在呢，就是以硅為基礎的信息時代，那么下一步呢？會不會是碳時代？
