Arten, Eigenschaften und Verwendungen von amorphem Kohlenstoff

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Abraham McLaughlin

Das amorpher Kohlenstoff Es ist alles allotroper Kohlenstoff mit Strukturen voller molekularer Defekte und Unregelmäßigkeiten. Der Begriff Allotrop bezieht sich auf ein einzelnes chemisches Element wie das Kohlenstoffatom, das unterschiedliche Molekülstrukturen bildet; einige kristallin und andere, wie in diesem Fall, amorph.

Amorphem Kohlenstoff fehlt die langreichweitige Kristallstruktur, die Diamant und Graphit charakterisiert. Dies bedeutet, dass das Strukturmuster leicht konstant bleibt, wenn Bereiche des Festkörpers betrachtet werden, die sehr nahe beieinander liegen. Und wenn sie weit weg sind, werden ihre Unterschiede offensichtlich.

Brennende Holzkohle. Quelle: Pixabay

Die physikalischen und chemischen Eigenschaften oder Eigenschaften von amorphem Kohlenstoff unterscheiden sich ebenfalls von denen von Graphit und Diamant. Zum Beispiel gibt es die berühmte Holzkohle, ein Produkt der Holzverbrennung (oberes Bild). Dies ist kein Schmiermittel und es ist auch nicht glänzend.

Es gibt verschiedene Arten von amorphem Kohlenstoff in der Natur und diese Sorten können auch synthetisch erhalten werden. Zu den verschiedenen Formen von amorphem Kohlenstoff gehören Ruß, Aktivkohle, Ruß und Holzkohle..

Amorpher Kohlenstoff hat wichtige Verwendungen in der Stromerzeugungsindustrie sowie in der Textil- und Gesundheitsindustrie.

Artikelverzeichnis

  • 1 Arten von amorphem Kohlenstoff
    • 1.1 Entsprechend seiner Herkunft
    • 1.2 Struktur
    • 1.3 Zusammensetzung
  • 2 Eigenschaften
  • 3 Verwendungen
    • 3.1 Kohle
    • 3.2 Aktivkohle
    • 3.3 Ruß
    • 3.4 Amorphe Kohlenstofffilme
  • 4 Referenzen

Arten von amorphem Kohlenstoff

Es gibt verschiedene Kriterien, um sie zu klassifizieren, wie z. B. ihre Herkunft, Zusammensetzung und Struktur. Letzteres hängt von der Beziehung zwischen den Kohlenstoffen mit sp-Hybridisierungen abzwei und sp3;; das heißt, diejenigen, die eine Ebene bzw. einen Tetraeder definieren. Daher kann die anorganische (mineralogische) Matrix dieser Feststoffe sehr komplex werden..

Nach seiner Herkunft

Es gibt amorphen Kohlenstoff natürlichen Ursprungs, da er das Produkt der Oxidation und der Zersetzungsformen organischer Verbindungen ist. Diese Art von Kohlenstoff umfasst Ruß, Kohle und Kohlenstoff aus Carbiden..

Synthetischer amorpher Kohlenstoff wird durch kathodische Lichtbogenabscheidung und Sputtertechniken hergestellt. Synthetisch werden auch diamantartige amorphe Kohlenstoffbeschichtungen oder amorphe Kohlenstofffilme hergestellt..

Struktur

Auch amorpher Kohlenstoff kann in Abhängigkeit vom Anteil der sp-Bindungen in drei Haupttypen eingeteilt werdenzwei oder sp3 vorhanden. Es gibt den amorphen Kohlenstoff, der zum sogenannten elementaren amorphen Kohlenstoff (aC), dem hydrierten amorphen Kohlenstoff (aC: H) und dem tetraedrischen amorphen Kohlenstoff (ta-C) gehört..

Elementarer amorpher Kohlenstoff

Oft als BC oder BC abgekürzt, enthält es Aktivkohle und Ruß. Die Sorten dieser Gruppe werden durch unvollständige Verbrennung von tierischen und pflanzlichen Substanzen erhalten; das heißt, sie brennen mit einem stöchiometrischen Sauerstoffdefizit.

Sie haben einen höheren Anteil an SP-Linkszwei in seiner Struktur oder molekularen Organisation. Sie können sich als eine Reihe gruppierter Ebenen mit unterschiedlichen Orientierungen im Raum vorstellen, ein Produkt der tetraedrischen Kohlenstoffe, die die Heterogenität im Ganzen herstellen..

Daraus wurden Nanokomposite mit elektronischen Anwendungen und Materialentwicklungen synthetisiert..

Hydrierter amorpher Kohlenstoff

Abgekürzt als BC: H oder HAC. Dazu gehören Ruß, Rauch, extrahierte Kohle wie Bitumen und Asphalt. Ruß ist leicht zu unterscheiden, wenn in einem Berg in der Nähe einer Stadt ein Feuer brennt, wo es in den Luftströmungen beobachtet wird, die es in Form von zerbrechlichen schwarzen Blättern schwarzer Farbe tragen..

Wie der Name schon sagt, enthält es Wasserstoff, ist jedoch kovalent an Kohlenstoffatome gebunden und nicht vom molekularen Typ (H.zwei). Das heißt, es gibt CH-Bindungen. Wenn eine dieser Bindungen Wasserstoff freisetzt, ist dies ein Orbital mit einem ungepaarten Elektron. Wenn zwei dieser ungepaarten Elektronen sehr nahe beieinander liegen, interagieren sie und verursachen die sogenannten baumelnden Bindungen..

Mit dieser Art von hydriertem amorphem Kohlenstoff werden Filme oder Beschichtungen mit geringerer Härte erhalten als mit ta-C hergestellte.

Tetraedrischer amorpher Kohlenstoff

Abgekürzt als ta-C, auch diamantartiger Kohlenstoff genannt. Enthält einen hohen Anteil an sp-hybridisierten Bindungen3.

Zu dieser Klassifizierung gehören amorphe Kohlenstofffilme oder Beschichtungen mit einer amorphen tetraedrischen Struktur. Ihnen fehlt Wasserstoff, sie haben eine hohe Härte und viele ihrer physikalischen Eigenschaften ähneln denen von Diamant.

Molekular besteht es aus tetraedrischen Kohlenstoffen, die kein langreichweitiges Strukturmuster aufweisen. Während bei Diamanten die Ordnung in verschiedenen Bereichen des Kristalls konstant bleibt. Das ta-C kann eine bestimmte Ordnung oder Mustercharakteristik eines Kristalls aufweisen, jedoch nur auf kurze Distanz.

Komposition

Kohle ist als schwarze Gesteinsschicht organisiert, die andere Elemente wie Schwefel, Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff enthält. Hier entstehen amorphe Kohlenstoffe wie Kohle, Torf, Anthrazit und Braunkohle. Anthrazit ist das mit der höchsten Kohlenstoffzusammensetzung von allen.

Eigenschaften

Echter amorpher Kohlenstoff hat π-Bindungen mit Abweichungen im interatomaren Abstand und Variationen im Bindungswinkel lokalisiert. Es hat sp hybridisierte Linkszwei und sp3 deren Beziehung variiert je nach Art des amorphen Kohlenstoffs.

Seine physikalischen und chemischen Eigenschaften hängen mit seiner molekularen Organisation und seiner Mikrostruktur zusammen..

Im Allgemeinen weist es Eigenschaften von hoher Stabilität und hoher mechanischer Härte, Wärmebeständigkeit und Verschleißfestigkeit auf. Darüber hinaus zeichnet es sich durch hohe optische Transparenz, geringen Reibungskoeffizienten und Beständigkeit gegen verschiedene Korrosionsmittel aus..

Amorpher Kohlenstoff ist empfindlich gegenüber Bestrahlungseffekten, weist unter anderem eine hohe elektrochemische Stabilität und elektrische Leitfähigkeit auf..

Anwendungen

Jede der verschiedenen Arten von amorphem Kohlenstoff hat ihre eigenen Eigenschaften oder Eigenschaften und ganz besondere Verwendungszwecke..

Holzkohle

Kohle ist ein fossiler Brennstoff und daher eine wichtige Energiequelle, die auch zur Stromerzeugung genutzt wird. Die Umweltauswirkungen des Steinkohlenbergbaus und seine Verwendung in Kraftwerken werden heute heiß diskutiert.

Aktivkohle

Es eignet sich zur selektiven Absorption oder Filtration von Verunreinigungen aus Trinkwasser, zum Entfärben von Lösungen und kann sogar Schwefelgase absorbieren.

Kohlenschwarz

Ruß wird häufig zur Herstellung von Pigmenten, Druckfarben und einer Vielzahl von Farben verwendet. Dieser Kohlenstoff verbessert im Allgemeinen die Festigkeit und Beständigkeit von Gegenständen aus Gummi..

Als Füllstoff in Felgen oder Reifen erhöht es deren Verschleißfestigkeit und schützt Materialien vor Verschlechterung durch Sonnenlicht..

Amorphe Kohlenstofffilme

Die technologische Verwendung von amorphen Kohlenstofffilmen oder -beschichtungen in verschiedenen Flachbildschirmen und mikroelektronischen Bauelementen nimmt zu. Der Anteil der sp-Linkszwei und sp3 macht amorphe Kohlenstofffilme optische und mechanische Eigenschaften mit variabler Dichte und Härte.

Sie werden unter anderem auch in Antireflexbeschichtungen, in Strahlenschutzbeschichtungen verwendet..

Verweise

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