Materialien

Kohlenstoff

Der Kohlenstoff kommt in der Natur in prinzipiell drei verschiedenen Modifikationen vor. Im hochkristallinen Diamant ist das Kohlenstoffatom durch die sp3-Hybridisierung tetraedrisch von jeweils 4 anderen Kohlenstoffatomen umgeben. Im sp2-hybridisierten Graphit liegt der Kohlenstoff in zahlreichen übereinander gelagerten planaren Schichten vor, wobei jedes Kohlenstoffatom kovalent mit 3 anderen Atomen verbunden ist. Der amorphe Kohlenstoff (Ruß) besteht aus beliebigen Mischungen sp2- und sp3-hybridisierter Atome und besitzt keine weit reichende Ordnung. Graphit wird beispielsweise in Bleistiftminen eingesetzt.

Nanokohlenstoff

Kohlenstoff-Nanomaterialien existieren seit langem in der Natur. Sie entstehen vielfach bei Verbrennungsprozessen und sind in geringen Anteilen auch in Ruß und Asche enthalten. Bei Vulkanausbrüchen werden sie ebenfalls freigesetzt. In den Damaszener-Klingen entstanden derartige Nanostrukturen durch die hohe Schmiedekunst der Araber und verliehen den Klingen deren einzigartige Festigkeit und Elastizität. Vom Bleistift abgestrichene Graphen-Schichten dienten seit dem späten Mittelalter zum Markieren und Schreiben. Trotzdem gelang der Nachweis der Nanokohlenstoffe erst in jüngster Vergangenheit.

Die heute bekannten Nanostrukturen des Kohlenstoffs leiten sich im Wesentlichen alle von der schichtartigen Struktur des Graphits ab. Einzelne Graphen-Schichten sind die einfachste Form des Nanokohlenstoffs mit einer Dimension im Nanobereich. Aufgerollte Graphen-Schichten, die Nanoröhren oder Nanotubes, weisen zwei Dimensionen im Nanobereich auf, während bei den Fullerenen alle drei Dimensionen im Nanobereich liegen.