Hiilipintojen

Hiilipintojen käsite viittaa hiiliin kuuluvien materiaalien pintojen ominaisuuksiin. Näitä ovat esimerkiksi grafiittipinnat, grafeenin pinnat, hiilinanoputkien sekä aktivoidun hiilen ja karbonkuitujen pinnat. Hiilipinnot eroavat toisistaan sekä rakenteeltaan että pinnan kemialliselta aktiivisuudeltaan, ja ne muodostavat keskeisen osa-alueen pintatutkimuksessa.

Hiilipintojen tyypillisiä ominaisuuksia ovat suuri pinta-ala, hyvä sähkönjohtavuus ja kemikaalinen vakaus. Pintaan voi kuitenkin vaikuttaa muuttaen sen kemiallista vuorovaikutusta: esimerkiksi eri toiminnalliset ryhmät (kuten karboksyyl-, hydroksyli- tai carbonyl-ryhmät) voivat tehdä pinnasta hydrophilisen tai muuttaa sen sitoutumiskykyä molekyyleihin. Tämä mahdollistaa erityyppisten kemiallisen vuorovaikutusten hyödyntämisen.

Hiilipintojen modifiointi voidaan jakaa kovalenttisiin ja epäkovalenttisiin menetelmiin. Yleisimmät lähestymistavat ovat oksidointi ja funktionalisointi sekä plasmapuhdistus, grafting- tai ei-kovalenttiset menetelmät, joilla pintaa voidaan räätälöidä tehtävään sopivaksi. Pintojen karakterisointi käyttää muun muassa XPS-, Raman-, FTIR- ja sähköisessä mittauksia sekä pora- ja kaasupitoisuuksien määriä.

Sovellukset ulottuvat energiavarastoinnista (kuten superkondensaattorit ja litiumakkues elektroditin hiilipinnat) katalyyttien tukirakenteisiin, kaasujen ja nesteiden suodattamiseen sekä puhdistukseen, sensorointi- ja biosensitiveisiin laitteisiin sekä elektromagneettisen suojauksen ja elektroniikan ratkaisuihin. Tutkimus hiilipintojen parissa keskittyy pintafunktionalisointiin, rakenteen ja koostumuksen vaikutuksiin sekä kustannustehokkaiden valmistusmenetelmien kehittämiseen.