Kohlenstoffnitride sind so hart wie Diamanten

Gerüste aus CN₄-Tetraedern in Kristallstrukturen neuer Kohlenstoffnitride (Grafik: uni-bayreuth.de)

Bayreuth (pte021/15.12.2023/13:59) - Eine neue Klasse von superharten multifunktionellen Materialien kann es laut Forschern der Universität Bayreuth ( https://www.uni-bayreuth.de ) mit Diamanten aufnehmen. Den Wissenschaftlern ist es gelungen, die lange gesuchten Kohlenstoff-Stickstoff-Verbindungen im Labor zu synthetisieren. Details sind in "Advanced Materials" nachzulesen.

Drücke als Wundermittel

Die Experten haben verschiedene Kohlenstoff-Stickstoff-Vorstufen hohen Drücken zwischen 70 und 135 Gigapascal ausgesetzt und sie in Diamantstempelzellen auf über 2.000 Kelvin erhitzt. Anschließend wurden die Proben mittels Einkristall-Röntgenbeugung an drei Teilchenbeschleunigern charakterisiert.

Die Ergebnisse zeigen vier Kohlenstoffnitride mit den Zusammensetzungen CN, CN₂ und C₃N₄ und unterschiedlich komplexen Strukturen. Die Kristallstrukturen der C₃N₄-Allotrope bestehen aus eckenteilenden CN₄-Tetraedern, was ein Schlüssel zu ihren überlegenen mechanischen Eigenschaften - Ultrainkompressibilität und Superhärte - ist, die experimentell nachgewiesen wurden.

Diamantoberfläche beschädigt

Die Tatsache, dass die Hochdruck-C₃N₄-Kohlenstoffnitride Abdrücke auf einer Diamantoberfläche hinterlassen, ist ein Beweis für ihre Härte, die mit der von Diamant vergleichbar ist, heißt es. "Es wird erwartet, dass die synthetisierten Kohlenstoffnitride das Potenzial haben, technische Materialien der gleichen Kategorie wie Diamant zu sein", sagt Natalia Dubrovinskaia vom Labor für Kristallografie an der Universität Bayreuth.

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