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Das Geheimnis des kohlenstoffhaltigen Kohlenstoffs: Warum wird er amorpher Kohlenstoff genannt?
In der Natur kommt Kohlenstoff in vielen Formen vor, darunter auch in den bekannten Formen Graphit und Diamant. Viele Menschen sind jedoch möglicherweise nicht mit dem Konzept des amorphen Kohlenstoffs vertraut. Amorpher Kohlenstoff ist eigentlich kein spezifischer Stoff, sondern eine Art Kohlenstoffmaterial mit gemeinsamen Eigenschaften. Sein Hauptmerkmal ist, dass er keine Kristallstruktur aufweist.
Amorpher Kohlenstoff ist einfach freier und reaktiver Kohlenstoff, der keine Kristallstruktur aufweist.
Chemische Zusammensetzung von Kohle
In der Mineralogie wird der Name amorpher Kohlenstoff hauptsächlich zur Beschreibung von Kohle, aus Karbiden gewonnenem Kohlenstoff und anderen unreinen Formen von Kohlenstoff verwendet, bei denen es sich nicht um Graphit oder Diamant handelt. Kristallographisch gesehen sind diese Materialien tatsächlich nicht vollständig amorph, sondern bestehen aus polykristallinen Materialien aus Graphit oder Diamant, die in einer amorphen Kohlenstoffmatrix angeordnet sind.
Anwendungen in der modernen Wissenschaft
Mit der Entwicklung moderner Dünnschichtabscheidungs- und Wachstumstechnologien in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts, wie z. B. chemischer Gasphasenabscheidung, Sputterabscheidung und kathodischer Lichtbogenabscheidung, ist es nun möglich, wirklich amorphe Kohlenstoffmaterialien herzustellen. Echter amorpher Kohlenstoff enthält lokalisierte π-Elektronen, deren Bindungslängen und -abstände nicht mit denen anderer Kohlenstoffallotrope übereinstimmen.
Es enthält außerdem eine hohe Konzentration an freien Bindungen, was dazu führt, dass der Atomabstand bei der Messung mittels Beugung um mehr als 5 % variiert.
Eigenschaften von amorphem Kohlenstoff
Die Eigenschaften amorpher Kohlenstofffilme hängen von den Parametern während der Abscheidung ab und ihr Hauptmerkmal ist das Verhältnis von sp2- und sp3-Hybridbindungen. Graphit besteht aus reinen sp2-hybridisierten Bindungen, während Diamant aus reinen sp3-hybridisierten Bindungen besteht. Materialien mit einem hohen Gehalt an sp3-hybridisierten Bindungen werden als tetraedrischer amorpher Kohlenstoff bezeichnet, da die sp3-hybridisierten Bindungen eine tetraedrische Struktur bilden.
Amorpher Kohlenstoff mit hohen sp3-Hybridisierungsbindungen hat viele ähnliche physikalische Eigenschaften wie Diamant.
Erforschung von Q-Carbon
Q-Kohlenstoff oder schnell abgekühlter Kohlenstoff ist ein Material, von dem behauptet wird, dass es sich um amorphen Kohlenstoff handelt. Es soll ferromagnetisch, elektrisch leitend und härter als Diamant sein und auch Hochtemperatursupraleitung aufweisen. Das Material wurde 2015 von einem Forschungsteam der North Carolina State University entdeckt, das mehrere Forschungsarbeiten zu seiner Synthese und seinen Eigenschaften veröffentlichte.
Es gab jedoch bisher keine unabhängigen Experimente, die den Stoff und seine Eigenschaften bestätigten.
Zukünftige Forschungsrichtungen
Obwohl die Forschung zu Q-Kohlenstoff weitergeht, müssen seine behaupteten Eigenschaften noch weiter verifiziert werden. Viele Forscher erforschen die Eigenschaften amorpher Kohlenstoffmaterialien mit der Absicht, deren Anwendungsbereich zu erweitern.
Die Erforschung von amorphem Kohlenstoff erweitert unser Verständnis von Kohlenstoff. Dies ist nicht nur eine Innovation in der Materialwissenschaft, sondern könnte auch eine neue Richtung für zukünftige Technologien bieten. Ob diese Materialien ihr Potenzial in praktischen Anwendungen jedoch wirklich entfalten können, ist immer noch eine Frage, die unserer eingehenden Betrachtung würdig ist.
