碳纤维是由聚丙烯腈、黏胶或沥青等有机纤维原丝经过预氧化、低温碳化、高温碳化、石墨化等一系列物理化学变化得到的含碳量大于93％的纤维材料，具有高强度、高模量、低热膨胀系数、低摩擦系数、耐腐蚀、抗高温、导电、导热等突出性能。碳纤维自20世纪50年代问世以来，如今已发展成为独立完整的新型工业体系，并被喻为当今世界上材料综合性能的顶峰。美国提出21世纪革命的材料技术共有12项，其中“新一代碳纤维、纳米碳管”位居第四。
碳纤维在使用过程中往往与基体材料复合使用，以充分发挥其优异的性能。碳纤维可用来增强树脂、碳、金属及陶瓷等，目前使用最广泛的是树脂基复合材料。
碳纤维以其优异的性能广泛应用于军工和民用领域，是军民两用新材料，属于技术密集型和国家管控的关键材料，听起来十分神秘和高大上，下面我们一起来认识这种能“上天入水”的神奇纤维。
人们日常比较容易接触到的碳纤维是在体育休闲用品领域。与传统材料体育休闲用品相比，碳纤维复合材料具有质量轻、高强度、力学性能好、可设计性强等优点。例如，碳纤维复合材料制成的钓鱼竿质量更轻，收竿时消耗能量更少，而且收竿距增加20％左右；渔具的卷轴也可以采用碳纤维复合材料制备，其强度高，耐腐蚀，能延长使用寿命。
除钓鱼竿外，在体育休闲用品领域，碳纤维及其复合材料还可应用于高尔夫球杆、网球拍、羽毛球拍、弓箭、滑雪板、赛艇桨、登山用品等，将其优点发挥得淋漓尽致。
随着科学技术的进步，碳纤维及其复合材料越来越多地应用于航空航天、军工、能源、汽车、电力、建筑等领域。
碳纤维在航空航天领域的应用较早，最初就是为了解决航空航天材料的难题才发明的碳纤维。我国从1996年的“神舟一号”到2023年的“神舟十七号”，碳纤维复合材料在飞船、卫星、返回舱中大量使用，为我国的航天事业立下了汗马功劳。
飞机机身采用碳纤维增强树脂基复合材料来替代传统的金属材料，可以减轻飞机的重量。同时，碳纤维增强树脂基复合材料的制造工艺可以生产非常光滑且复杂的几何形状，以更轻松地优化飞机的空气动力学性能。另外，飞机在跑道高速滑跑准备起飞又中止起飞，或者飞机在跑道上降落滑跑时，因为跑道的长度是有限的，这就需要强有力的刹车盘，这时的刹车盘由于吸收了巨大的能量，温度急剧上升，能达到1000℃左右。碳纤维复合材料制成的刹车盘，具有热膨胀系数小、高温环境下力学性能优异、耐高温烧蚀、耐摩擦等特点，所以飞机刹车盘非他莫属。
碳纤维作为国家战略性材料，现在还被广泛用于火箭、导弹、军用飞机、个体防护等军工领域。在高温惰性环境下，碳纤维是唯一一种在2000℃以上环境中强度不下降的材料。洲际导弹的鼻锥及发射导弹的火箭发动机的喷管和壳体都使用了碳纤维复合材料。
另外，军用舟桥应用碳纤维复合材料替代传统金属，可大大减轻重量，也提高了运输速度和架装速度。碳纤维复合材料制作的防弹头盔、防弹盔甲等，更安全也更轻便。
碳纤维复合材料在能源领域也被使用。如在风力发电机叶片中替代玻璃纤维材料，可以制得尺寸更大的叶片，同时，碳纤维复合材料优异的抗疲劳特性和良好的导电特性，可有效减弱恶劣环境对叶片材料的损害。目前，风力发电领域使用碳纤维复合材料制风机叶片已成为一种趋势。在原油开采中，碳纤维复合材料抽油杆替代传统钢制抽油杆，不但大大延长了抽油杆的使用寿命，也减轻了工人劳动强度，提高了产油量，还增加了经济效益。
碳纤维复合材料在交通领域的应用也是方兴未艾。采用碳纤维复合材料是实现车辆轻量化的关键，高铁、地铁等轨道交通列车和汽车上已经开始使用，而且用量快速增加。车体、构架、车门、保险杠、座椅、侧护板、横梁、减速器、设备件等部件中均可使用，不但可以提高性能，还有效降低车辆的总质量，从而降低能耗。
未来，随着碳纤维及其复合材料的生产和应用技术逐步成熟，生产成本也会逐渐降低，从而进入越来越多的应用领域，满足社会不断发展的需求。