Koolstoflaag

Koolstoflaag is een dunne laag koolstof die op een substraat kan worden aangebracht om oppervlaktekenmerken te veranderen of te verbeteren. In technologische context verwijst de term meestal naar kunstmatige koolstofcoatings die de slijtage-, wrijving- en chemische weerstandskenmerken van een oppervlak vergroten, terwijl ze ook optische of elektrische eigenschappen kunnen beïnvloeden. Koolstoflagen komen ook voor in de natuur, waar ze deel uitmaken van organische materialen in bodem en sediment.

Soorten koolstoflagen

Populaire typen zijn amorf koolstof (a-C) en waterstofhoudende amorfe koolstof (a-C:H), die vaak worden toegepast om slijtage en wrijving te verminderen. Diamantachtige koolstof (diamond-like carbon, DLC) is een groep koolstoflagen met hoge hardheid en lage wrijving; ta-C verwijst naar een variant met vooral tetrahedraal koolstofkoppelingen. Daarnaast bestaan grafietachtige koolstoflagen en ultradunne lagen zoals grafene, die afhankelijk van dikte en structuur verschillende eigenschappen hebben.

Productie en kenmerken

Koolstoflagen worden meestal aangebracht via chemische dampdepositie (CVD) of fysische dampdepositie (PVD), waaronder sputteren en plasma-gefaseerde CVD. Dikte varieert doorgaans van enkele nanometer tot enkele micrometer. Eigenschappen zoals hardheid, hechting aan het substraat, wrijving, chemische stabiliteit en optische doorlaatbaarheid hangen af van de type koolstof, de depositiestructuur en de dikte.

Toepassingen

Veelvoorkomende toepassingen zijn slijtagebestendige coatings op gereedschappen en mechanische onderdelen, beschermlagen op medische implantaten, coatings op harde schijven en optische oppervlakken, en beschermende of antireflecterende lagen op glas en kunststof.

Natuurlijke koolstoflaag

In bodemkunde en geologie kan koolstoflaag verwijzen naar lagen met verhoogde organische koolstofconcentratie, zoals humus of organische-rich sedimentlagen. Deze natuurlijke koolstoflagen spelen een rol in koolstofopslag, bodemstructuur en geochemische processen.