Graphitschichten

Graphitschichten sind die schichtweise angeordneten Strukturen des Minerals Graphit. Sie bestehen aus vielen übereinanderliegenden Graphenschichten, die aus kohlenstoffatomen in einem hexagonal geordneten, sp2-hybridisierten Netzwerk aufgebaut sind. Jedes Blatt wird als Graphenschicht oder Graphenlage bezeichnet. Zwischen den Schichten wirken van der Waals-Kräfte; die Stapelung erfolgt typischerweise in AB-Bernal- oder turbostratischer Anordnung, wobei lokale Abweichungen möglich sind.

Die Graphenschicht besitzt eine hohe elektrische Leitfähigkeit in der Ebene, bedingt durch delokalisierte π-Elektronen. Die Leitfähigkeit senkrecht zur Ebene ist deutlich geringer, weshalb Graphit als anisotrop gilt. Der Abstand zweier Schichten liegt bei etwa 3,35 Å. Graphitschichten lassen sich durch mechanische oder chemische Exfoliation trennen, wodurch eindimensionale Graphenlagen oder wenige Graphenschichten entstehen. Interkalation von Molekülen oder Ionen in Graphit führt zu interkalierte Verbindungen mit veränderten Eigenschaften.

Natürlich vorkommendes Graphit entsteht durch geologische Prozesse in Gesteins- und Sedimentschichten; synthetische Graphite werden durch Hochtemperatur- bzw. chemische Abscheidung hergestellt. Graphitschichten finden breite Anwendung als Schmierstoffe, als Elektrodenmaterial in Batterien und Superkondensatoren, als Wärmeleitmaterial sowie in der Kerntechnik als Moderator. In der Grundlagenforschung dienen Graphit und Graphen als Grundlage für neue elektronische, optische und energiespeicherbezogene Anwendungen. Die Forschung zur Graphitschichtstruktur umfasst Aspekte der Kristallografie, Stacking-Varianten, Exfoliationstechniken und deren Einfluss auf mechanische, elektrische und thermische Eigenschaften.