Koolstof is een magisch element. Als fundamentele bouwsteen vormt het het skelet van alle levende organismen op aarde en is het het belangrijkste element in het menselijk lichaam. Koolstofmaterialen Zijn ook uniek in hun vermogen om tegenstellingen en eenheid te combineren. Ze kunnen zo dun zijn als een haar, zo licht als een veertje en sterker dan staal. Koolstofmaterialen zijn zowel isolatoren als geleiders, zowel warmte-isolerend als warmtegeleidend, en zowel volledig lichtabsorberend als volledig lichtdoorlatend. Deze veelzijdigheid maakt koolstofmaterialen continu veranderend en uniek in hun eigenschappen en toepassingen.
Het verschil tussen 'houtskool' en 'koolstof'
Koolstof verwijst naar materialen, die vaste stoffen zijn met koolstof als hoofdbestanddeel. De chemisch samenstelling is onzuiver en bevat vaak andere onzuiverheden, zoals steenkool, carbon zwart, cola, etc.
Koolstof verwijst naar het element. Er worden woorden gebruikt die betrekking hebben op koolstofatomen en koolstofelementen, zoals carbide, koolstofvlaknetwerk, carbonaat, etc.
Classificatie van koolstofmaterialen
Koolstofmaterialen hebben een lange geschiedenis en een grote verscheidenheid, die kunnen worden onderverdeeld in drie categorieën: traditionele koolstofmaterialen (Classic Carbon), speciale koolstofmaterialen (Special Carbon) en nanokoolstofmaterialen (Nano Carbon). Nanokoolstofmaterialen en speciale koolstofmaterialen worden gezamenlijk aangeduid als nieuwe koolstofmaterialen, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.
Geactiveerde kool
Actieve kool is een speciaal bewerkte koolstofsoort met een ontwikkelde poriënstructuur en een groot oppervlak. Het heeft een sterk adsorptievermogen en een hoog specifiek oppervlak. De interne poriënstructuur is goed ontwikkeld en het stortgewicht is laag. Actieve kool wordt veel gebruikt bij waterzuivering, ontzwaveling, denitrificatie, oplosmiddelterugwinning, noodadsorptie en kwikverwijdering. Het wordt ook gebruikt als katalysator of katalysatordrager bij gasbereiding en -reforming.
Fullereen
Fullereen is een hol molecuul dat volledig uit koolstof bestaat. Het kan bolvormig, ellipsoïdaal, cilindrisch of buisvormig zijn. Fullereen heeft goede elektronische transporteigenschappen. Het kan worden gebruikt als acceptormateriaal in organische zonnecellen. Wateroplosbaar fullereen heeft oxidatieve eigenschappen. Het kan verschillende vormen van reactieve zuurstofsoorten produceren. Fullereen is een krachtige fotosensibilisator. Het kan triplet-zuurstof omzetten in actieve singlet-zuurstof. Fullereen heeft een antirimpel-, whitening-, ontstekingsremmende en herstellende werking. Het veroorzaakt geen significante schade aan het menselijk lichaam.
Koolstofnanobuizen
Koolstofnanobuizen zijn eendimensionale nanomaterialen. Ze hebben een hoge sterkte, elektrische geleidbaarheid en thermische geleidbaarheid. Ze worden veel gebruikt in sectoren zoals nieuwe energievoertuigen, 3C digitale producten, halfgeleiders en energie-infrastructuur. De belangrijkste commerciële vraag naar koolstofnanobuizen komt uit lithiumbatterijen en geleidende kunststoffen. Meer dan 80% van de vraag komt uit de lithiumbatterijindustrie.
Nanodiamanten
Nanodiamanten zijn diamantmaterialen op nanometerschaal. Ze delen een aantal uitstekende eigenschappen met bulkdiamanten, zoals slijtvastheid en thermische geleidbaarheid. Nanodiamanten worden vaak gebruikt als coatings voor materialen zoals metalen, rubber, kunststoffen en glas. Ze worden ook gebruikt als smeermiddelen en fijnslijpmaterialen. Onderzoekers hebben nanodiamanten gebruikt om de dendrietgroei in lithiumbatterijen te onderdrukken en zo een stabiele werking van de batterij te garanderen. Nanodiamanten hebben veelbelovende toepassingen in koudekathodeveldemissie, elektrochemische elektroden, optische vensters, kwantumcommunicatie en medicijnafgifte.
Poreuze koolstof
Poreus koolstof heeft diverse poriegroottes. Het kan worden beschouwd als een koolstofmateriaal met verschillende poriestructuren. Poreus koolstof heeft een hoge chemische stabiliteit, is bestand tegen zuur- en alkalicorrosie en heeft een hoge elektrische geleidbaarheid. Het is goedkoop en wordt veel gebruikt bij gasscheiding, waterzuivering, katalyse en ontzilting door zonne-energie. Het wordt ook gebruikt in de lucht- en ruimtevaart als thermisch beschermingsmateriaal met geïntegreerde warmte-isolatie en weerstand.
Grafeen
Grafeen is een tweedimensionaal koolstofmateriaal. Het bestaat uit een enkele laag koolstofatomen gerangschikt in een honingraatrooster. Het is het basisstructuurelement van andere koolstofallotropen zoals grafiet, diamant, koolstofnanobuizen en fullerenen. Grafeen heeft uitstekende optische, elektrische en mechanische eigenschappen. Het heeft een groot potentieel in sectoren zoals materiaalkunde, micro-nanoverwerking, energie en biomedische toepassingen. Grafeen wordt beschouwd als een revolutionair materiaal voor de toekomst.