Аморфный углерод

Амо́рфный углеро́д, химически активный углерод, не имеющий кристаллической структуры. Как и другие аморфные формы, может иметь ближний порядок в расположении атомов (в отличие от графита и алмаза, у которых наблюдается дальний порядок).

Аморфный углерод часто обозначается как aC в общем случае, aC:H для гидрогенизированного аморфного углерода или ta-C для тетраэдрального аморфного углерода (известного как алмазоподобный углерод). К аморфному углероду относят также сажу, стеклоуглерод, углеродную нанопену, различные виды кокса и др. Аморфный углерод может иметь турбостратную, ламеллярную, графитоподобную или разупорядоченную, трёхмерно сшитую структуру.

Аморфный углерод имеет локализованные π-электроны (в отличие от делокализованной ароматической системы в графите) и образует связи, которые не встречаются в других аллотропных модификациях углерода. Аморфный углерод содержит большое количество свободных связей (из-за чего он имеет высокую химическую активность), что приводит к отклонениям в межатомном расстоянии на более чем 5 % и к изменениям в валентных углах между атомами углерода по сравнению с другими аллотропами. Аморфный углерод может быть стабилизирован присоединением атомов водорода к атомам углерода со свободными связями.

Выбор того или иного способа получения сильно влияет на свойства и структуру будущего аморфного углерода. Его получают с помощью пиролиза, лазерной абляции углеродсодержащего сырья, химического осаждения из газовой фазы, электролиза в расплаве, карбонизации полимеров и т. д.

Структура и свойства аморфного углерода зависят от соотношения sp² - и sp³ -гибридизованных связей в материале. Например, связи в графите находятся только в sp² -гибридизации, а в алмазе только в sp³ -гибридизации. Наличие sp² -связей в том или ином соотношении придают аморфному углероду такие свойства, как электрическая проводимость, гибкость, сжимаемость, в то время как sp³ -связи обеспечивают высокую твёрдость и химическую инертность. Для определения соотношения sp² /sp³ в аморфном углероде используют сравнение различных пиков спектра (рентгеновская дифракция, рамановская спектроскопия, спектроскопия характеристических потерь энергии электронами) с таковыми для графита или алмаза.

Аморфный углерод в зависимости от способа получения и структуры может обладать различными свойствами: низкой плотностью, высокой удельной поверхностью, равномерным распределением пор по размерам, термической, химической и механической стабильностью и др. Данный материал используется и перспективен в применении как адсорбент, носитель для катализатора, прочное покрытие для защиты изделий, наполнитель для композиционных материалов, в электронике, медицине и др.