koolstofnanotechnologie

Koolstofnanotechnologie bestudeert en ontwikkelt materialen en systemen op nanometerschaal waarbij koolstof de belangrijkste bouwsteen is. De discipline richt zich op nanostructuren met unieke mechanische, elektronische en optische eigenschappen en combineert chemie, fysica en engineering om nieuwe toepassingen mogelijk te maken.

Belangrijke koolstofnanostructuren zijn fullerenen (zoals C60), koolstofnanobuizen (CNTs), grafene en koolstofdots. Deze materialen vertonen vaak hoge treksterkte, lage gewicht en bijzondere elektrische en warmtegeleidende eigenschappen, en kunnen met polymeren of metalen worden geïntegreerd in kompositen en apparaten.

Productie- en fabricatietechnieken omvatten chemische dampdepositie (CVD) voor grafene en CNTs, mechanische exfoliatie voor grafenelagen, en chemische synthese of zelforganisatie voor nanostructuren en nanocomposieten. Deze methoden onderscheiden zich in top-down en bottom-up benaderingen.

Toepassingen variëren van elektronica en sensoren tot energieopslag en biomedische toepassingen. Voorbeelden zijn grafene-transistoren en CNT-transistoren, verbeterde batterijen en supercondensatoren, versterkte polymeren voor luchtvaart en automobieltoepassingen, en gerichte geneesmiddelafgifte met koolstofnanodeeltjes.

Uitdagingen omvatten productie- en kostenkwesties, opschaling en reproduceerbaarheid, en milieu- en gezondheidsimpact zoals toxiciteit en eind-levenscyclus. Regelgeving, standaarden en milieuvriendelijke verwijdering worden ontwikkeld om veilig en maatschappelijk verantwoord gebruik te waarborgen.

Historisch overzicht: Buckminsterfullerene (C60) werd in 1985 ontdekt en markeerde de opkomst van koolstofnanostructuren. Koolstofnanobuizen werden in 1991 door Iijima gedemonstreerd; grafene werd in 2004 geïsoleerd door Novoselov en Geim. Sindsdien heeft koolstofnanotechnologie zich snel ontwikkeld en in tal van sectoren toepassingen gevonden.