這三種材料分別是：

金剛石：天然存在於自然界的、

石墨烯：存在於自然界但需要人工剝離的、

碳炔：人工合成的。

那麼為什麼這三種高強度的材料都是和碳元素密不可分呢？

我們來看一下他們的分子圖，首先，金剛石和石墨烯這兩種天然材料他們有著一個共同的特性：結構穩定性強。從力學的角度上來說，六邊形是最穩定的，顯而易見，它們都符合這個條件，所以這也解釋了為什麼同樣是碳元素構成，卻一點也不硬的石墨。石墨是一種層狀結構，而金剛石在三個維度都有較高的穩定性。

而碳炔（que）和它們卻不一樣，碳炔是人工合成的。1885 年，德國有機化學家阿道夫·馮-貝耶爾首次提出碳炔的概念，他將其描述為一種無限長的碳碳單鍵和三鍵交替而成的碳鏈。但他也警告稱，由於其極不穩定，因此很難製造出來。此前，美國科學家經過理論計算指出，碳炔這種碳原子一維線性帶狀物的強度應該比任何已知的材料更硬更堅固，擁有巨大的抗張強度和硬度，硬度是鑽石的40倍、石墨烯的兩倍，因此，可用於製備超堅固的裝置。另外，它還擁有僅被拉伸 3%就能從導體轉變成絕緣體的獨特屬性，因而在電子裝置領域廣受關注。

首先，碳分子就是具有極強的穩定性的，它的形狀如下圖：

可以這樣理解，碳分子為點，碳炔為線，石墨烯為面，金剛石為立體。同樣有著相同的成分，較為穩定的結構，這可能是他們的共同性吧。

硬度越高，說明物質結構穩定，不容易被物質改變形態。各類原子組成物質結構上是不同的，微觀角度來說原子結合越緊密結構越穩定。碳原子行成物質結構緊密，說明其微觀內部原子核大，外圍電子影響範圍小。其組成物質就是以原子核間作用力結合，更加穩定。