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直徑6微米的碳纖維與后面人類頭發的比較[1] 每一根碳纖維由數千條更微小的碳纖維所組成，直徑大約5至8微米。在原子層面的碳纖維跟石墨很相近，是由一層層以六角型排列的碳原子所構成。兩者差別在于層與層之間的連結。石墨是晶體結構，它的層間連結松散，而碳纖維不是晶體結構，層間連結是不規則的。這樣便防止滑移增強物質強度。
由碳纖維和環氧樹脂結合而成的復合材料，由于其比重小、剛性好和強度高而成為一種先進的航空航天材料。因為航天飛行器的重量每減少1公斤，就可使運載火箭減輕500公斤。所以，在航空航天工業中爭相采用先進復合材料。有一種垂直起落戰斗機，它所用的碳纖維復合材料已占全機重量的1/4，占機翼重量的1/3。據報道，美國航天飛機上3只火箭推進器的關鍵部件以及先進的MX發射管等，都是用先進的碳纖維復合材料制成的。

碳纖維的應用能夠極大地提高大家生活起居中的安全系數

碳纖維是一種纖維狀高分子材料。它的抗壓強度比鋼大，相對密度比鋁小，碳纖維板具備很好的電力學、熱力學和物理性能。憑著這種非凡的特性，碳纖維被航空航天、交通出行、診療、紡織品及安全等領域普遍選用。碳纖維的有機化學構成中碳含量在90％之上。由于碳的氫氧化物在高溫下不可以熔融（在3800開爾文之上升化），而在各種各樣上都不融解，因此至今沒法用碳的氫氧化物來立即生產制造碳纖維。現階段，碳纖維可各自用聚纖維、瀝清纖維、粘膠絲或酚醛樹脂纖維經炭化制成。

碳纖維“外柔剛” ，質量比金屬鋁輕，但強度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性，兼備紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。

碳纖維是一種含碳量在95%人上的纖維材料，是國民經濟和國g防建設中不可或缺戰略新材料，碳纖維一般不單獨使用，多作為增強材料加入到樹脂等材料中構成復合材料。