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[[Datei:Glassy carbon and a 1cm3 graphite cube HP68-79.jpg|mini|Eine große Probe Glaskohlenstoff mit einer Masse von ca. 570 g, zum Größenvergleich mit einem 1-cm³-[[Graphit]]würfel]]
'''Glaskohlenstoff''', auch ''glasartiger Kohlenstoff'' genannt, ist ein synthetischer Werkstoff aus reinem [[Kohlenstoff]], der glasartige keramische Eigenschaften mit denen des [[Graphit]]s vereint. Glaskohlenstoff ist ein strukturell [[Amorphes Material|amorphes]] [[Allotropie|Allotrop]] des Kohlenstoffs, das durch die Präsenz planarer, zweidimensionaler Strukturelemente gekennzeichnet ist. Weiterhin sind in Glaskohlenstoff fast alle Kohlenstoff-[[Atom|Atome]] [[Hybridorbital|sp2-hybridisiert]]. Aufgrund dieser Strukturmerkmale und der weitgehenden Abwesenheit von [[Nicht abgesättigte Bindung|nicht abgesättigten Bindungen]] ist Glaskohlenstoff nicht identisch mit [[Kohlenstoff#Amorpher Kohlenstoff|amorphem Kohlenstoff]].<ref name=":1">{{Internetquelle |autor= |url=https://goldbook.iupac.org/terms/view/G02639 |titel=Glass-like carbon |werk=IUPAC Compendium of Chemical Terminology; 3rd edition; Onlineversion 3.0.1, 2019 |hrsg=The International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) |datum=2006 |sprache=en |abruf=2024-07-31}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Vuk Uskoković |Titel=A historical review of glassy carbon: Synthesis, structure, properties and applications |Sammelwerk=Carbon Trends |Band=5 |Datum=2021-10 |DOI=10.1016/j.cartre.2021.100116 |Seiten=100116 }}</ref> Die [[International Union of Pure and Applied Chemistry]] empfiehlt die Verwendung der Bezeichnung ''glass-like carbon'' ("glasartiger Kohlenstoff").<ref name=":1" />

== Eigenschaften ==
[[Datei:Glassycmorp.jpg|mini|links|Modell der Mikrostruktur von Glaskohlenstoff.]]
[[Datei:Glassyctemrp.jpg|mini|hochkant=0.8|[[Transmissionselektronenmikroskop|TEM]]-Aufnahme von Glaskohlenstoff.]]
Glaskohlenstoff besitzt eine Hochtemperaturbeständigkeit unter [[Schutzgas]] oder im [[Vakuum]] bis über 3000 °C, extreme [[Korrosion]]sbeständigkeit, Flüssigkeits- und Gasdichtigkeit (He-Permeabilität 10−9 bis 10−11 cm²/s), keine [[Benetzung]] durch Schmelzen, hohe [[Härte]] ([[Vickershärte|HV]] 250–350) und [[Festigkeit]] (Biegefestigkeit um 250 MPa, Steifigkeit um 35 GPa), geringe [[Dichte]] (1,4–1,5 g/cm³), hohe [[Oberflächengüte]], geringe thermische Ausdehnung (um 2,5×10−6 1/K zwischen 20 und 2000 °C), extreme [[Thermoschock]]beständigkeit, moderate [[thermische Leitfähigkeit|thermische]] (4–6 W/(K·m) bei 20 °C) und [[elektrische Leitfähigkeit]] (2×104 1/(Ω·m)), [[Isotropie]] der physikalischen und chemischen Eigenschaften und gute [[Biokompatibilität]]. Elektronisch zählt Glaskohlenstoff zu den Halbleitern mit kleiner Energiebandlücke.

Glaskohlenstoff wird durch Hochtemperatur-Pyrolyse von [[Harter Kohlenstoff|Hartem Kohlenstoff]] hergestellt, der zunächst eine defektreichere und offenzelligere [[Porosität]] aufweist. Der mikrostrukturelle Übergang von Hartem Kohlenstoff zu Glaskohlenstoff erfolgt graduell je nach Pyrolysetemperatur und -dauer. Die sp2-hybridisierten Kohlenstoffatome sind wie bei Graphit in Basalebenen mit hexagonaler Symmetrie angeordnet. Die [[Transmissionselektronenmikroskop|TEM]]-Aufnahme zeigt die kugelförmigen Strukturen, die kleine Poren von etwa 1 nm Durchmesser einschließen.
Im Bild sind nur die Basalebenen zu sehen, die in Richtung des Elektronenstrahls orientiert sind.<ref>{{Literatur |Autor=P. J. F. Harris † |Titel=Fullerene-related structure of commercial glassy carbons |Sammelwerk=Philosophical Magazine |Band=84 |Nummer=29 |Datum=2004-10-11 |ISSN=1478-6435 |DOI=10.1080/14786430410001720363 |Seiten=3159–3167}}</ref><ref name=":0">{{Literatur |Autor=Kawamura, K. (Kiyoshi), 1942- |Titel=Polymeric carbons--carbon fibre, glass and char |Verlag=Cambridge University Press |Ort=Cambridge |Datum=1976 |ISBN=0-521-20693-6}}</ref>

Das Modell veranschaulicht die Mikrostruktur von Glaskohlenstoff. Die Stege bestehen aus Graphitkristalliten mit einer Schichtdicke von 4 bis 10 Basalebenen. Anders als bei [[Aktivkohle]] sind die Poren nicht untereinander verbunden, was die geringe Permeabilität erklärt. Die Größenverteilung der geschlossenen Poren ist sehr eng. Sie liegt, je nach Herstellung, um 1–5 nm. Makroskopisch erscheint Glaskohlenstoff isotrop. Das Modell erklärt die geringe Dichte gegenüber Graphit, die hohe Härte und Festigkeit und die Isotropie der Werkstoffparameter.<ref name=":0" />

Eine mechanische Bearbeitung ist aufgrund der hohen Härte nur mit Diamantwerkzeugen möglich.
Alternative Bearbeitungsverfahren sind [[Funkenerosion]] (EDM), [[Wasserstrahlschneiden]] oder [[Laserschneiden]].

== Verwendung ==
Glaskohlenstoff wird aufgrund seiner guten elektrischen Leitfähigkeit und chemischen Stabilität als [[Elektrode|Elektrodenmaterial]] für die elektrochemische Anwendung eingesetzt. Mithilfe von [[Poliermittel|Poliermitteln]] auf Basis von [[Diamant]]- oder [[Korund|Korundpartikeln]] lässt sich die Oberfläche leicht erneuern, was eine Wiederverwendbarkeit des Materials erlaubt.<ref>{{Literatur |Autor=Miloslav Kopanica, František Vydra |Titel=Voltammetry with disc electrodes and its analytical application |Sammelwerk=Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry |Band=31 |Nummer=1 |Datum=1971-06 |DOI=10.1016/S0022-0728(71)80055-4 |Seiten=175–181}}</ref>

== Siehe auch ==
* [[Schaumglas]]
*[[Graphit]]
*[[Graphen]]
*[[Diamant]]

== Weblinks ==
{{Commonscat|Glassy carbon|Glaskohlenstoff}}
* Peter Harris, [http://www.personal.rdg.ac.uk/~scsharip/PM_glassy.pdf ''Fullerene-related structure of commercial glassy carbons''] (engl.; PDF; 1,5 MB)

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Elektrotechnischer Werkstoff]]
[[Kategorie:Kohlenstoffmodifikation]]
[[Kategorie:Glasart]]

Glaskohlenstoff - Versionsgeschichte

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