Diamanten 2.0 ultrahart und unzerbrechlich
"Material bildet Brücke zwischen kristallinen und amorphen, also völlig ungeordneten Strukturen"
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Unterschiedliche Diamantenstrukturen im Vergleich (Grafik: uni-bayreuth.de) |
Bayreuth/Peking/Fairfax (pte003/30.11.2021/06:10)
Diamanten sind zwar das härteste Material der Welt, aber dennoch nicht dagegen gefeit, zu zerbrechen, was den Verarbeitern zugutekommt, die es teilen und schleifen können. Für industrielle Anwendungen wären dagegen Diamanten besser geeignet, die auch bei härtester Belastung nicht zerbrechen. Forschern aus China, Deutschland und den USA ist es jetzt gelungen, derartige Materialien 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.
[b]Extreme Bedingungen[/b]
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 1500 Grad Celsius erhitzt. Das Ergebnis sind lupenreine Diamanten. Forscher der Universität Bayreuth https://uni-bayreuth.de, des Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research http://hpstar.ac.cn/channels/3.html in Peking und der George Mason University https://www2.gmu.edu/ in Fairfax im US-Bundesstaat Virginia haben jetzt die lange gesuchte parakristalline Variante in einem ähnlichen Verfahren bei noch extremeren Bedingungen hergestellt.
[b]Statt Graphitpulver Bälle aus Kohlenstoff[/b]
Das Geheimnis liegt im Wechsel des Ausgangsmaterials. Statt Graphitpulver setzen die Entwickler so genannte Fullerene, 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 1300 Grad Celsius ausgesetzt werden, zusammen wie Fußbälle, aus denen die Luft entweicht. Den gigantischen Druck erzeugt eine Ultrahochdruckpresse am Bayerischen Geoinstitut https://www.bgi.uni-bayreuth.de/ (BGI), das an der Universität Bayreuth angesiedelt ist.
[b]Computersimulationen und Experimente[/b]
„Das von uns synthetisierte Material ist ein Zwitter: Es bildet erstmals eine Brücke zwischen kristallinen und amorphen, also völlig ungeordneten Strukturen", sagt Tomo Katsura, Professor für geowissenschaftliche Hochdruckforschung am BGI. „Es wird die Materialforschung dazu anregen, gezielt nach weiteren neuen Materialien in diesem Zwischenbereich zu suchen." Für die Analyse der Strukturen und Eigenschaften des parakristallinen Materials waren sowohl Experimente bei hohen Drücken und Temperaturen als auch aufwändige Computersimulationen nötig.
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