Bei den Kohlenstoffpartikeln Graphen, Graphan und Fulleren handelt es sich um relativ neue Materialien. Aufgrund ihrer zum Teil herausragenden Werkstoffeigenschaften werden mögliche Einsatzfelder zurzeit aufmerksam untersucht und erforscht. Es existieren vor allem in der Sportartikelindustrie bereits Produkte, bei denen Kohlenstoffpartikel als Legierungszusätze verwendet werden. Dort führt ihre Einsatz zu einer Verbesserung von Materialeigenschaften wie beispielsweise einer hohen Elastizität bei einer gleichzeitigen Gewichtsreduzierung.
Darüber hinaus bestehen bereits mehrere verschiedene Anwendungsmöglichkeiten für Kohlenstoffpartikel in der Industrie. Allerdings haben diese bisher meist Prototypencharakter und stehen von einem Übergang in die Serienproduktion noch relativ weit entfernt. Für eine Herstellung von Serienprodukten mangelt es in vielen Fällen noch an geeignete Verarbeitungsverfahren, teilweise bedingt durch die geringe Teilchengröße der Ausgangsmaterialen.
Der Anspruch dieser Studienarbeit ist es, Verwendungsmöglichkeiten für diese neuartigen Kohlenstoffpartikel zusammenzutragen und zu bewerten. Um die Eigenschaften der Kohlenstoffpartikel genauer beschreiben zu können müssen zuerst die grundlegenden Werkstoffeigenschaften und der atomare Aufbau der Kohlenstoffpartikel und ihres Ausgangsstoffes, Kohlenstoff, genauer noch Graphit, erarbeitet werden. Danach sollen die Herstellungsverfahren für diese Stoffe und deren mittelfriste Verfügbarkeit beleuchtet werden. Basierend auf den dadurch erarbeiteten Ergebnissen sollen die jeweils realisierbaren Anwendungen der Kohlenstoffpartikel näher untersucht werden. Abschließend gilt es, Prognosen für die Übertragbarkeit der bisher experimentell erforschten Verwendungsmöglichkeiten in die Serienproduktion aufzustellen und diese auf fachlicher Ebene zu begründen. Mit einem abschließenden Ausblick über das Potential von Kohlenstoffpartikel als Universalwerkstoffe und einer Abschätzung über zukünftige Entwicklungen auf diesem Stoffgebiet soll diese Studienarbeit ihren Abschluss finden.
Inhaltsverzeichnis
- Vorwort
- Inhaltsverzeichnis
- Abbildungsverzeichnis
- Abkürzungsverzeichnis
- 1. Einleitung
- 1.1 Fraunhofer-Gesellschaft
- 1.2 Aufgabenstellung
- 2. Kohlenstoff und seine Allotrope
- 2.1 Grundlage der verschiedenen Modifikationen des Kohlenstoffs
- 2.2 Acetylen (sp- Hybridisierung)
- 2.3 Graphit (sp²- Hybridisierung)
- 2.4 Diamant (sp³- Hybridisierung)
- 3. Neuartig Kohlenstoffpartikel
- 3.1 Fulleren
- 3.1.1 Aufbau
- 3.1.2 Herstellung von Fullerenen
- 3.1.3 Verwendungsmöglichkeiten von Fullerenen
- 3.1.3.1 Einsatz als Radikalfänger in Anti-Aging Produkten
- 3.1.3.2 Einsatz als Ausgangsstoff zur künstlichen Diamantherstellung
- 3.1.3.3 Einsatz als Schmiermittel
- 3.1.3.4 Einsatz zur Synthese von Molekülformen in der Medizin
- 3.1.3.5 Einsatz zur Herstellung von organischen Solarzellen
- 3.1.3.6 Einsatz in der Elektroindustrie als Supraleiter
- 3.1.3.7 Einsatz als Füllstoff für Polymere und als Verbundsstoff
- 3.1.4 Bewertung der Einsatzmöglichkeiten und der mittelfr. Verfügbarkeit
- 3.2 Graphen
- 3.2.1 Aufbau von Graphen
- 3.2.2 Herstellung von Graphen
- 3.2.2.1 Mechanische Herstellung von Graphen
- 3.2.2.2 Herstellung von Graphen durch epitaktisches Wachstum
- 3.2.2.3 Herstellung von Graphen durch chemische Exfoliation
- 3.2.3 Verwendungsmöglichkeiten von Graphen
- 3.2.3.1 Einsatz als Halbleiter in Transistoren
- 3.2.3.2 Einsatz von Graphen in der Sensorelektronik
- 3.2.3.3 Einsatz als Verbundwerkstoff
- 3.2.4 Bewertung der Einsatzmöglichkeiten und der mittelfr. Verfügbarkeit
- 3.3 Graphan
- 3.3.1 Aufbau von Graphan
- 3.3.2 Herstellung von Graphan
- 3.3.3 Einsatz von Graphan
- 3.3.3.1 Einsatz als elektrischer Leiter und Halbleiter
- 3.3.3.2 Einsatz als Wasserstoffspeicher in Brennstoffzelle
- 3.3.4 Bewertung der Einsatzmöglichkeiten und der mittelfr. Verfügbarkeit
- 4. Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Studienarbeit befasst sich mit neuartigen Kohlenstoffpartikeln und deren Einsatzmöglichkeiten in verschiedenen Bereichen. Die Arbeit analysiert die Eigenschaften und Herstellungsprozesse von Fullerenen, Graphen und Graphan, und erörtert deren potenzielles Anwendungsspektrum.
- Eigenschaften und Besonderheiten von Fullerenen, Graphen und Graphan
- Herstellungsverfahren der neuartigen Kohlenstoffpartikel
- Potenzielle Anwendungen in verschiedenen Bereichen, wie z.B. Medizin, Elektronik, Energie
- Bewertung der Einsatzmöglichkeiten und der mittelfristigen Verfügbarkeit
- Zusammenfassung und Ausblick auf zukünftige Entwicklungen
Zusammenfassung der Kapitel
Kapitel 1 stellt die Fraunhofer-Gesellschaft als Forschungsorganisation vor und erläutert die Aufgabenstellung der vorliegenden Studienarbeit.
Kapitel 2 liefert eine Einführung in die unterschiedlichen Modifikationen von Kohlenstoff. Es werden die Grundlagen der Hybridisierung sowie die wichtigsten Allotrope, wie Acetylen, Graphit und Diamant, vorgestellt.
Kapitel 3 widmet sich den neuartigen Kohlenstoffpartikeln, insbesondere Fullerenen, Graphen und Graphan. Es werden deren Aufbau, Herstellungsprozesse und vielversprechende Einsatzmöglichkeiten in verschiedenen Anwendungsbereichen detailliert dargestellt.
Schlüsselwörter
Kohlenstoff, Fulleren, Graphen, Graphan, Nanomaterialien, Hybridisierung, Allotrope, Herstellung, Anwendung, Elektronik, Energie, Medizin, Bewertung, Verfügbarkeit.
- 3.1 Fulleren
- Citar trabajo
- Fabian Heinzelmann (Autor), 2010, Anwendungen für neuartige Kohlenstoffpartikel, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/155802
