ADNR: Härter als Diamant

Bayreuther Forscher entdecken röhrenförmige Nano-Diamanten

Forscher des Bayerischen Geoinstituts (BGI) der Universität Bayreuth haben mit Verwachsungen von röhrenförmigen Diamanten im Nano-Format die dichteste Form von Kohlenstoff und die Materie mit der geringsten Kompressibilität entdeckt. Die röhrenförmigen Nano-Diamanten haben damit Diamant als härtestes Material abgelöst.

Bisher hielt Diamant den Rekord als das härteste und am wenigsten komprimierbare Material. Es war bislang schwer vorstellbar, dass es weitere, noch weniger kompressible Stoffe mit größeren Kompressionsmoduln als Diamant geben könnte. In theoretischen Studien wurden herausragende Eigenschaften von Nano-Drähten und Nano-Röhrchen (Bruchfestigkeit, Druckzähigkeit) prognostiziert, was diese Materialien zu wichtigen und realisierbaren Zielen von Synthese-Experimenten machten.

Die Herstellung von Nano-Röhrchen aus verschiedenen Ausgangsmaterialien verläuft sehr erfolgreich; es gibt bisher aber keine Erkenntnisse aus Experimenten mit Nano-Röhrchen aus Diamant. Erste Erfolge bei der Synthese dieses neuartigen Materials aus aggregierten Diamant-Nano-Röhrchen (ADNRs = aggregated diamond nanorods) wurden kürzlich von Natalia Dubrovinskaia, Leonid Dubrovinsky und Falko Langenhorst vom Bayerischen Geoinstituts der Universität Bayreuth vorgestellt.

Zusammen mit Kollegen aus Grenoble/Frankreich und der Technischen Fachhochschule Wildau untersuchten sie die elastischen Eigenschaften des Materials. Sie fanden heraus, dass dieses Material einen extrem hohen Kompressionsmodul (Kehrwert der relativen Volumenänderung als Reaktion auf die Änderung eines von außen angelegten Druckes) und eine höhere Dichte als gewöhnlicher Diamant aufweist. Es wurde mittlerweile nachgewiesen, dass ADNRs die dichteste bekannte Form des Kohlenstoffs darstellen und von allen bekannten Materialien die geringste Kompressibilität besitzen.

Während Wasser auf 2,2 GPa (Gigapascal) und Stahl auf 160 GPa kommt, erreicht Diamant 442 GPa. Die aggregierten Diamant-Nano-Röhrchen (ADNRs) kommen aber gar auf 491 GPa.

Sie wurden in den speziellen Hochdruckpressen am Bayerischen Geoinstitut bei Drücken, wie sie im Erdinneren an der Grenze zwischen oberem und unterem Mantel (24 GPa - 240.000 atm) vorliegen, synthetisch hergestellt.

Die drei beteiligten Wissenschaftler haben ihre neu entwickelte Methode zur Synthese der superharten, verschleißfesten und thermisch stabilen aggregierten Diamant-Nano-Röhrchen (ADNR's) und ihre Verwendung patentieren lassen.