Verschil tussen grafeen en koolstofvezel

De belangrijk verschil tussen grafeen en koolstofvezel is dat grafeen heeft een dikte van een enkele koolstofatoomlaag terwijl koolstofvezel een micrometerschaaldikte heeft.

Zowel grafeen als koolstofvezels zijn koolstofhoudende stoffen. Grafeen bevat alleen koolstofatomen, terwijl koolstofvezel meestal koolstof bevat, samen met enkele andere elementen zoals zuurstof en stikstof. Een ander belangrijk verschil tussen grafeen en koolstofvezel is de manier waarop de koolstofvellen in deze stoffen in elkaar grijpen. Beide typen bevatten echter koolstof die is gerangschikt in hetzelfde regelmatige hexagonale patroon.

INHOUD

1. Overzicht en belangrijkste verschil
2. Wat is Grafeen
3. Wat is koolstofvezel
4. Vergelijking zij aan zij - Grafeen versus koolstofvezel in tabelvorm
5. Samenvatting

Wat is Grafeen?

Grafeen is een allotroop van koolstof dat een enkele laag koolstofatomen heeft, gerangschikt in een regelmatig hexagonaal patroon. Bijgevolg is het een semimetaal met een kleine overlap tussen valentie- en geleidingsbanden. De structuur van grafeen is de basisstructuur van veel koolstofhoudende stoffen zoals grafiet, diamant, houtskool, koolstofnanobuisjes, enz..

Bovendien zijn er veel belangrijke en ongebruikelijke eigenschappen in grafeen. Het is bijvoorbeeld het sterkste materiaal dat we ooit hebben getest. Bovendien kan het warmte en elektriciteit met hoge efficiëntie geleiden. De substantie is bijna transparant. Afgezien van dat vertoont het diamagnetisme en het heeft ook tweedimensionale eigenschappen.

Figuur 01: Grafeenvel

Elk koolstofatoom in het grafeenvel heeft vier bindingen eromheen, zoals drie sigma-bindingen met drie andere koolstofatomen in hetzelfde vlak en een pi-binding loodrecht op het vlak. De afstand tussen de twee koolstofatomen in deze structuur is ongeveer 1,42 Å. Dientengevolge geven de strak verpakte koolstofatomen en de sp2-hybridisatie van elk koolstofatoom aan grafeen zijn hoge stabiliteit. Dus als we deze vellen blootstellen aan andere koolstofhoudende stoffen zoals koolwaterstoffen, kunnen ze de beschadigingen in de vellen zelf repareren.

Toepassingen van grafeen zijn op het gebied van geneeskunde (tissue engineering, bio-imaging, medicijnafgifte, testen, toxiciteit), in elektronica (productie van transistors, transparant geleidende elektroden, opto-elektronica, etc.), in lichte verwerking (optische modulators, UV-lens) , enz.

Wat is koolstofvezel?

Koolstofvezel is een vorm van vezels met meestal koolstofatomen gerangschikt in een zeshoekig patroon. Deze vezels hebben een diameter van ongeveer 5-10 micrometer. Bovenal is deze substantie beschikbaar in de vorm van een continue sleepwikkeling op een haspel. En deze kabel bevat een bundel van duizenden individuele koolstoffilamenten op een continue manier. Bovendien is deze bundel beschermd met een organische coating. Daarom kunnen we de kabel afwikkelen voor de beoogde toepassing.

De atomaire structuur van dit materiaal is vergelijkbaar met die van grafeen; zeshoekig patroon. Bovendien zijn er twee vormen van koolstofvezel volgens de voorloper die we gebruiken om dit materiaal te maken; turbostratisch of grafitisch. Soms is het een hybride van beide structuren.

Figuur 02: Stof gemaakt van geweven koolstoffilamenten

De belangrijkste eigenschappen van dit materiaal zijn hoge stijfheid, hoge treksterkte, laag gewicht, hoge chemische weerstand, hoge temperatuurtolerantie en lage thermische uitzetting. Vanwege deze eigenschappen is koolstofvezel populair in ruimtevaarttoepassingen, militaire toepassingen, enz.

Wat is het verschil tussen grafeen en koolstofvezel?

Grafeen is een allotroop van koolstof dat een enkele laag koolstofatomen heeft gerangschikt in een regelmatig hexagonaal patroon, terwijl koolstofvezel een vorm van vezel is die meestal koolstofatomen heeft gerangschikt in een zeshoekig patroon. Dit zijn materialen die voornamelijk bestaan ​​uit koolstofatomen. Ze verschillen echter van elkaar afhankelijk van de dikte. Vandaar dat het belangrijkste verschil tussen grafeen en koolstofvezel is dat grafeen een dikte heeft van een enkele koolstofatoomlaag terwijl koolstofvezel een micrometerschaaldikte heeft. Een ander belangrijk verschil tussen grafeen en koolstofvezel is dat grafeenvellen strak verpakken, terwijl koolstofvezels geen dicht opeengepakte vellen hebben.

De onderstaande infographic over het verschil tussen grafeen en koolstofvezel laat meer verschillen tussen beide zien.

Samenvatting - Grafeen versus koolstofvezel

Grafeen en koolstofvezel zijn belangrijke koolstofhoudende materialen. Het belangrijkste verschil tussen grafeen en koolstofvezel is dat grafeen een dikte heeft van een enkele koolstofatomenlaag, terwijl koolstofvezel een micrometer schaaldikte heeft.

Referentie:

1. "Potentiële toepassingen van Graphene." Wikipedia, Wikimedia Foundation, 24 oktober 2018. Beschikbaar Hier  
2. "Carbon Fibres." Wikipedia, Wikimedia Foundation, 29 oktober 2018. Beschikbaar Hier 

Afbeelding met dank aan:

1. "Graphene-3D-balls" door Jynto (bespreking) - Eigen werk (CC0) via Commons Wikimedia  
2. "Kohlenstofffasermatte" Door Hadhuey op Duits Wikipedia - Eigen werk, (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia