碳纤维很轻，因为它们由原子量低的碳原子组成，它们具有石墨晶体结构（由熔融苯环组成的堆叠六边形网格平面），并且碳原子之间存在较大的间隙。碳纤维的强度源于石墨晶体结构中网格平面方向的强度。
碳纤维轻的原因
物质的重量（g/cm3）由其密度表示。物质的密度由组成它的原子的重量（原子量）和原子的排列方式（晶系）决定。例如，我们熟悉的金属的原子量为：铝26.98，铁55.85，金196.97。而碳的原子量为12.01;金属原子的1/2至不到1/10。
石墨晶体结构
由相同碳原子组成的材料的密度随晶体结构的变化而变化。金刚石的密度为3.51g/cm3石墨的密度为2.26 g/cm3。碳原子之间的距离因它们的排列方式而异，石墨中晶体的间隙比钻石中的间隙大。碳纤维比金属轻，因为碳原子的原子量低，并且它们之间的间隙很大。
碳纤维坚固的原因
石墨晶体具有由熔融苯环组成的六边形网格平面堆叠的结构。由于分子间作用力非常弱，因此在堆叠方向上的结合很容易分离。
另一方面，六边形网格平面内的碳原子在3个方向上具有很强的共价键，因此网格平面方向的抗拉强度非常强。钻石很硬，因为所有碳原子都仅通过共价键连接。
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