Frage von Max123321123, 22

Unterschied zwischen Graphen und Kohlenstoffnanoröhrchen?

•Welche von beiden Stoffen ist stärker? •Welcher von den zwei ist leichter herzustellen (Graphen!?) •für was sind Nano-Röhren außer Dingen wie dem Weltraumaufzug noch zu gebrauchen (neue Technologien?)? •wenn Graphen härter, und leichter zu produzieren ist warum würde man dieses Material nicht für ähnlich Dinge wie z. B. den Weltraumaufzaug benutzen? •das erste mal wurde Graphen mit Graphit von einer Bleistiftmine hergestellt, indem man das Graphit immer weiter halbierte bis es "zweidimensional" war. Die Frage dazu: Graphit ist sehr brüchig, warum ist Graphen dann so unglaublich hart?

Expertenantwort
von mgausmann, Community-Experte für Chemie, 10

Fangen wir mal bei den Grundlagen an:

Graphit besteht aus Graphenschichten, welche lediglich durch
π - π Wechselwirkungen und Van-der-Waalskräfte zusammengehalten wird. Entlang dieser Graphenschichten lassen sich die Schichten deshalb leicht gegeneinander verschieben. -> Makroskopisch ist Graphit brüchen und kann aufgrund dieser Eigenschaft aber z.B. als Schmiermittel verwendet werden.
Da Graphen nur aus einer dieser Lagen besteht ist das hier nicht der Fall. Allerdings mag die einzelne Graphenschicht zwar sehr hart sein - dennoch ist es eben nur eine Graphenschicht. Wenn du viele übereinanderstapelst erhälst du Graphit, sodass es für sehr robuste Materialien wenig nützlich sein dürfte.

Unterschied zwischen Kohlenstoffnanotubes ("CNT") und Graphen:

Kohlenstoffnanotubes sind zunächst einmal eindimensional ausgedehnt (entlang der Röhre), Graphen zweidimensional (eine Ebene/Schicht). Dadurch sind für beide zunächst einmal für vollkommen unterschiedliche Anwendungen denkbar, weshalb ein direkter Vergleich oft gar nicht so sinnvoll ist.
CNTs gibt es in verschiedenen Varianten, daraus kann man eher einen Strang (Stichwort Weltraumlift) machen, als aus einer 2D-ausgedehnten Schicht. Gewissermaßen bestehen CNTs aus zu Röhren verschmolzenen Graphenschichten. Diese kann man ineinander lagern in verschiedenen Durchmessern (mehrwandige CNTs). Wodurch enorme mechanische Zugbelastungen auch im größeren Maßstab erhalten werden können.

Zur Herstellung: Graphen ist keineswegs leichter zu produzieren. Sogar viel viel schwerer. Der Hauptgrund, weshalb es auch kaum kommerziell genutzt wird. Klar kann man (und so wird es überwiegend auch noch gemacht) Graphen durch die "Tesa"-Methode herstellen. Doch erhält man da eben nur eine Graphenschicht. Eine einzelne Atomschicht. Davon auch nur ein Gramm herzustellen ist ein gigantischer Aufwand.
Bei CNTs ist man da wesentlich weiter, diese kann man mittlerweile im Grammmaßstab bestellen. Man kann die Röhren relativ definierte "züchten". Hauptmethoden sind da CVD (Chemische Gasphasenabscheidung) oder aber Züchtung auf speziellen Übergangsmetallkatalysatoren. Das kannst du bei Interesse nachrecherchieren.

Die Frage mit dem Raumanzug lässt sich nur schwer beantworten, da ich mir schwer vorstellen könnte, wie du einen Raumanzug in ausreichender Dicke aus Graphen herstellen wolltest. du müsstest jeweils ganz oft Graphen mit anderen Schichten übereinanderlagern. Theoretisch denkbar und natürlich sinnvoller als Nanoröhren, welche eher als verstärkende Fasern denkbar wären (2D <-> 1D).
Andere Anwendungen findest du von CNTs und Graphen zuhauf. Auch bei Wikipedia. Elektronisch und mechanisch sind die Möglichkeiten schier endlos.

Was ist denn nun stärker?
Nun das dürfte sich nicht groß unterscheiden. Die Schichten und deren Stabilität sind dieselben. Nur eben in anderer Form.

Hoffe das brachte etwas Licht ins Dunkel.
Zu beiden Themen kann man sich aber sonst auch super und bis ins kleinste Detail im Internet einlesen. Dank des Medienhypes wird mit diesen beiden Forschungsthemen ja gerne das Internet geflutet, was ich einerseits gut finde, um der Öffentlichkeit die Errungenschaften der Forschung und die Wissenschaft näher zu bringen - andererseits finde ich, dass es viele andere Entdeckungen gibt, die ebenfalls enorme Zukunftsperspektiven aufweisen und über die die Medien ruhig auch mal ein paar Wörtchen verlieren dürften.

Kommentar von Max123321123 ,

Dankeschön für die überaus informative Antwort. ;)

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