Kohlenstoffmaterial

Kohlenstoffmaterial bezeichnet eine Gruppe von Stoffen, deren chemische Bausteine Kohlenstoffatome sind. Kohlenstoff tritt in verschiedenen Allotropen auf, darunter Graphit, Diamant, Fulleren, Graphen, Kohlenstoffnanoröhren sowie amorphe Formen. Die unterschiedlichen Anordnungen der Bindungen führen zu charakteristischen Eigenschaften: Graphit besteht aus schichtförmigen Strukturen mit guter elektrischer Leitfähigkeit; Diamant ist extrem hart und chemisch stabil; Graphen ist eine einlagige, extrem widerstandsfähige Kohlenstoffstruktur mit hohen mechanischen Festigkeiten und hervorragenden elektronischen Eigenschaften. Zusätzlich gibt es poröse kohlenstoffbasierte Materialien wie Aktivkohle, die große Oberflächenbereiche aufweisen.

Herstellung und Quellen: Kohlenstoffmaterialien entstehen natürlicherweise oder werden industriell hergestellt. Synthetische Formen ergeben sich durch Pyrolyse organischer Vorläufer, chemische Gasphasenabscheidung (CVD) zur Bildung von Graphen oder Kohlenstoffnanoröhren sowie durch Aktivierung von Kohlenstoffen zur Porositätserzeugung. Poröse Kohlenstoffe besitzen hohe Oberflächenbereiche und definierte Porenstrukturen, was sie besonders geeignet für Adsorption, Katalyse und Energiespeicherung macht.

Eigenschaften und Anwendungen: Typische Merkmale sind geringe Dichte, hohe Oberflächenbereiche, chemische Inertheit (bei vielen Formen) und je nach Struktur elektrische Leitfähigkeit. Anwendungen umfassen Batterien und Superkondensatoren, Elektroden in der Elektrokatalyse, Adsorption und Filtration, Verstärkungsstoffe in Verbundwerkstoffen sowie Sensoren.

Charakterisierung: Wichtige Methoden sind Röntgendiffraktometrie, Raman-Spektroskopie, BET-Oberflächenmessung und Elektronenmikroskopie.

Sicherheit: Bei feinen Kohlenstoffpartikeln (insbesondere Nanomaterialien) bestehen potenzielle Gesundheitsrisiken durch Einatmen; geeignete Sicherheitsmaßnahmen sind erforderlich.