Carbonmaterialien

Carbonmaterialien sind kohlenstoffbasierte Materialien mit unterschiedlichen Strukturen und Eigenschaften, die in Wissenschaft und Industrie eingesetzt werden. Kohlenstoff existiert in mehreren Allotromen, darunter Graphit, Diamant, Graphen, Fullerene und amorpher Kohlenstoff. Je nach Struktur weisen sie hohe elektrische Leitfähigkeit, chemische Stabilität oder eine große poröse Oberfläche auf. Sie können natürlich vorkommen oder synthetisch hergestellt werden.

Wichtige Klassen sind Aktivkohle, Kohlenstofffasern, Graphit, Graphen, Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) und Fullerene. Aktivkohle besitzt eine hohe Oberflächen- und Porenmenge und wird vor allem für Adsorption und Filtration genutzt. CNTs und Graphen bieten hohe Leitfähigkeit und mechanische Eigenschaften und finden Anwendungen in Elektronik, Sensorik und Verbundwerkstoffen. Amorpher Kohlenstoff dient als vielseitiger Grundstoff.

Herstellung erfolgt durch Pyrolyse organischer Vorstoffe, chemische Abscheidung (z. B. CVD) oder Aktivierung. CNTs und Graphen entstehen typischerweise durch CVD, Graphitprodukte durch graphitische Prozesse; Kohlenstofffasern durch Stabilisierung und Karbonisierung von Polymeren. Modifikationen wie Dotierung oder Oberflächenbehandlung verbessern Adsorption, Katalyse oder Elektrodenbindung.

Anwendungen umfassen Energiespeicher (Elektroden in Batterien und Superkondensatoren), Umwelttechnik (Adsorption von Schadstoffen, Filtration), Katalyse (Unterstützungsmaterialien für Metalle) sowie leichte Bauteile in Luft- und Raumfahrt, Automobilbau oder Bauwesen.

Herausforderungen betreffen Kosten, Skalierbarkeit, Umweltaspekte und Lebensdauer. Forschung konzentriert sich auf neue kohlenstoffbasierte Strukturen sowie nachhaltige Herstellungsverfahren.