制造铅笔芯的材料是石墨，成分也是碳，然而石墨却是一种比人的指甲还要软的矿物。1913年才由英国的物理学家布拉格父子用X射线观察金刚石，研究金刚石晶体内原子的排列方式。他们发现，在金刚石晶体内部，每一个碳原子都与周围的4个碳原子紧密结合，形成一种致密的三维结构。

    金刚石的密度为每立方厘米约3.5克，大约是石墨密度的1.5倍。正是这种致密的结构，使得金刚石具有最大的硬度。换句话说，金刚石是碳原子被挤压而形成的一种矿物。这4种元素占到了地球总质量的87%；若再加上钙、钠和钾3种元素，则总共占到了96%。剩下的4%，才是包括碳在内的其他所有的元素。