Diamanten 2.0 ultrahart und unzerbrechlich

"Material bildet Brücke zwischen kristallinen und amorphen, also völlig ungeordneten Strukturen"

Unterschiedliche Diamantenstrukturen im Vergleich (Grafik: uni-bayreuth.de)

Bayreuth/Peking/Fairfax (pte003/30.11.2021/06:10) - Forscher aus China, Deutschland und den USA haben ultraharte Diamanten geschafft herzustellen. Sie haben keine kristalline, sondern eine parakristalline Struktur. Die regelmäßige Anordnung der Kohlenstoffatome in kristallin aufgebauten Diamanten sorgt dafür, dass sie entlang der Grenzen zerbrechen können.

Extreme Bedingungen

Derzeit werden Industriediamanten hergestellt, indem Graphit in eine Art Schraubstock gelegt wird, der es auf einen Druck von 60.000 Bar bringt. Gleichzeitig wird das Pulver auf eine Temperatur von mehr als 1.500 Grad Celsius erhitzt. Das Ergebnis sind lupenreine Diamanten. Forscher der Universität Bayreuth http://uni-bayreuth.de , des Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research http://hpstar.ac.cn/channels/3.html und der George Mason University http://gmu.edu haben jetzt die lange gesuchte parakristalline Variante in einem ähnlichen Verfahren bei noch extremeren Bedingungen hergestellt.

Das Geheimnis liegt im Wechsel des Ausgangsmaterials. Statt Graphitpulver setzen die Entwickler sogenannte Fullerene ein, das sind winzige Kugeln aus Kohlenstoffatomen, die in Fünf- und Sechsecken angeordnet sind. Diese brechen, wenn sie einem Druck von 300.000 Bar und einer Temperatur von 1.300 Grad Celsius ausgesetzt werden, zusammen wie Fußbälle, aus denen die Luft entweicht. Den gigantischen Druck erzeugt eine Ultrahochdruckpresse am Bayerischen Geoinstitut (BGI) http://bgi.uni-bayreuth.de , das an der Universität Bayreuth angesiedelt ist.

Simulationen und Experimente

"Das von uns synthetisierte Material ist ein Zwitter: Es bildet erstmals eine Brücke zwischen kristallinen und amorphen, also völlig ungeordneten Strukturen. Es wird die Materialforschung dazu anregen, gezielt nach weiteren neuen Materialien in diesem Zwischenbereich zu suchen", sagt BGI-Forscher Tomo Katsura. Für die Analyse der Strukturen und Eigenschaften des parakristallinen Materials waren sowohl Experimente bei hohen Drücken und Temperaturen als auch aufwendige Computersimulationen nötig.

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