碳纤维由一种叫做丙烯腈化学制成。目前，生产商从油、氨、氧气和昂贵的催化剂制造丙烯腈。该过程产生大量热量并产生有毒的副产物，对会造成相当污染。而且，由于丙烯腈是由石油制成的，碳纤维的成本往往随着石油价格的上涨而升高。
从材料性能角度上来说，碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维外柔内刚，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，其拥相当于钢铁5倍的强韧，重量却不到钢铁的四分之一，被誉为材料界的超人。
同时碳纤维是由石油等其他稀有成分制成，因此通常出现在单价高、特殊需求的产品上，像自行车、风力发电机叶片、客机、一级方程式赛车等。此外，耐腐蚀、高模量的特性，让其在国防军工和民用方面都成为了重要材料。
碳纤维具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。
碳纤维是发展国防军工与国民经济的重要战略物资，属于技术密集型的关键材料，随着从短纤碳纤维到长纤碳纤维的学术研究，使用碳纤维制作发热材料的技术和产品也逐渐普及。在当今世界高速工业化的大背景下，碳纤维用途正趋向多样化。中国已经有使用长纤作为高性能纤维的一种，在要求高温，物理稳定性高的场合，碳纤维复合材料具备不可替代的优势。
材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，正是由于兼具优异性能，碳纤维在国防和民用领域均有广泛的应用前景。碳纤维碳材料已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用。从航天、航空、 汽车、 电子、 机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。碳纤维增强的复合材料可以应用于飞机制造等军工领域、风力发电叶片等工业领域、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。球棒等体育领域。碳纤维是典型的高科技领域中的新型工业材料。
美国国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory)开发了一种生产丙烯腈的新工艺，该工艺利用植物中人们不能吃的部分，如玉米秸秆和小麦秸秆，来制造。科学家们将这些物质分解成糖，成酸，并与廉价的催化剂结合生产丙烯腈。该过程不会产生过量的热量，也不会产出有毒的副产品。
小组负责人格雷格·贝克汉姆(Gregg Beckham)说:过去，丙烯腈价格大幅波动，导致碳纤维的采用率下降，而这种材料使得汽车和飞机的重量更轻。 如果能通过提供一种新的丙烯腈原料来稳定丙烯腈的价格，他补充说，我们可能能够使碳纤维更便宜。
科学家们认为，基于植物的过程可以放大并用于制造业。研究人员正在与几家公司合作生产大量的丙烯腈，这种丙烯腈将为碳纤维并在汽车中使用。通过使碳纤维变得更便宜，科学家可以帮助车主长期省钱。用碳纤维制成的汽车比用钢制成的汽车要轻。因此，他们需要更少的燃料来驱动相同的距离，帮助司机节省汽油，同时也减少了地球变暖的碳污染。
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