Kohlenstoff-Nanomaterial im Energiesektor

Kohlenstoff-Nanomaterial umfasst alle Nanomaterialien, die auf Kohlenstoff basieren. Es existieren drei wichtige Gruppen an Kohlenstoff-Materialien: die Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die Fullerene und Graphen.

Kohlenstoff-Nanoröhrchen

Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind mikroskopisch kleine Kohlenstoffröhren. Ihre Wände bestehen ausschließlich aus Kohlenstoff. Sie teilen sich in einwandige und mehrwandige Nanoröhrchen auf. Kohlenstoff-Nanoröhrchen tragen dazu bei, die elektronischen und mechanischen Eigenschaften von Werkstoffen grundlegend zu verbessern. Die Röhrchen sind sehr stabil und leicht. Zudem können sie isolierend oder metallisch leitend sein. Sie dienen als Kompositbestandteil für Kunststoffe, Metalle und Keramiken. Der Einsatz von Kohlenstoff-Nanoröhrchen für die Entwicklung von Kunststoffen, die elektrisch leitfähig sind, ist kommerziell am meisten fortgeschritten. Zudem ist auch der Einsatz als Halbleitermaterial denkbar.

Fullerene

Als Fullerene werden kugelförmige Moleküle aus Kohlenstoffatomen bezeichnet. Sie treten als braun-schwarzes Pulver mit metallischem Glanz auf. Das sogenannte Buckminsterfulleren C₆₀ ist derzeit am besten erforscht. Es hat einen Durchmesser von 0,7 nm und ähnelt in seiner geometrischen Struktur stark einem Fußball. Fullerene sind nicht elektrisch leitend und besitzen eine sehr geringe Dichte und eine hohe Elektronenaffinität. Anwendung finden die Fullerene derzeit im Kosmetik- sowie dem Sportartikelbereich. In der Energietechnik bieten Fullerene speziell in organischen Solarzellen und als Wasserstoffspeicher Potentiale, die jedoch noch weit von einer kommerziellen Nutzung entfernt sind.

Graphen

Graphen ist eine weitere Modifikation des Kohlenstoffs in Nanogröße. Es weist eine zweidimensionale, bienenwabenförmige Struktur auf. Graphen besitzt viele ungewöhnliche Eigenschaften, sodass es für viele Anwendungsgebiete sehr interessant erscheint. So sind die Flächenkristalle innerhalb der Flächen außerordentlich steif und fest. Zudem weist das Material eine enorme Zugfestigkeit, eine sehr große Oberfläche und eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Die elastische Kristallstruktur führt dazu, dass Graphen bis zu 20 Prozent gedehnt werden kann, ohne zu reißen. Da das Material nicht natürlich vorkommt, muss es sehr kostspielig produziert werden. Deshalb ist es noch nicht in kommerziellen Produkten zu finden. Die Anwendung des Materials als Füllstoff in Kompositen sowie in der Halbleiterindustrie ist jedoch in absehbarer Zeit denkbar. Um Graphen jedoch bald auch im industriellen Maßstab einsetzen zu können, wird intensiv an weiteren Herstellungsmöglichkeiten geforscht.

Synonym(e):

Kohlenstoff-Nanomaterial: Nanomaterial aus Kohlenstoff

Kohlenstoffnanoröhrchen: CNT; Carbon Nanotubes

Fullerene: Bucky Balls, Fußballmoleküle (C₆₀)

Englische Übersetzung(en):

Kohlenstoff-Nanomaterial: nano-carbon materials

Kohlenstoff-Nanoröhrchen: carbon nanotubes

Fullerene: fullerenes

Graphen: graphen