金剛石、石墨均為晶態單質碳石墨與金剛石、碳60、碳納米管等都是碳元素的單質，它們互為同素異形體。金剛石俗稱“金剛鉆”。也就是我們常說的鉆石的原身，它是一種由碳元素組成的礦物，是碳元素的同素異形體。金剛石是目前在地球上發現的眾多天然存在中最堅硬的物質。金剛石的用途非常廣泛，例如：工藝品、工業中的切割工具。石墨可以在高溫、高壓下形成人造金剛石，[1]也是貴重寶石。金剛石的化學成分為C，與石墨同是碳的同質多象變體。在礦物化學組成中，總含有Si、Mg、Al、Ca、Mn、Ni等元素；并常含有Na、B、Cu、Fe、Co、Cr、Ti、N等雜質元素，以及碳水化合物。金剛石礦物晶體構造屬等軸晶系同極鍵四面體型構造。碳原子位于四面體的角頂及中心，具有高度的對稱性。單位晶胞中碳原子間以同極鍵相連結，距離為154pm。常見晶形有八面體、菱形十二面體、立方體、四面體和六八面體等。石墨是元素碳的一種同素異形體，每個碳原子的周邊連結著另外三個碳原子（排列方式呈蜂巢式的多個六邊形）以共價鍵結合，構成共價分子。[1]由于每個碳原子均會放出一個電子，那些電子能夠自由移動，因此石墨屬于導電體。石墨是其中一種最軟的礦物，它的用途包括制造鉛筆芯和潤滑劑。碳是一種非金屬元素，位于元素周期表的第二周期IVA族。拉丁語為Carbonium，意為“煤，木炭”，漢字“碳”字由木炭的“炭”字加石字旁構成，從“炭”字音。常溫下單質碳的化學性質比較穩定，不溶于水、稀酸、稀堿和有機溶劑；高溫下與氧反應燃燒，生成二氧化碳或一氧化碳；在鹵素中只有氟能與單質碳直接反應；在加熱下，單質碳較易被酸氧化；在高溫下，碳還能與許多金屬反應，生成金屬碳化物。碳具有還原性，在高溫下可以冶煉金屬。此外，近年的研究發現，石墨可以被氯磺酸溶解，形成單層石墨烯的氯磺酸“溶液”。[5]石墨是碳質元素結晶礦物，它的結晶格架為六邊形層狀結構。每一網層間的距離為340pm，同一網層中碳原子的間距為142pm;。屬六方晶系，具完整的層狀解理。解理面以分子鍵為主，對分子吸引力較弱，故其天然可浮性很好。