Diamanten gelten als das härteste Material der Erde. Nun könnte eine Neuentdeckung den Edelsteinen Konkurrenz machen und der Materialwissenschaft neue Möglichkeiten bieten. Die Forscher des Zentrums für Wissenschaft unter extremen Bedingungen an der Universität Edinburgh veröffentlichte die Ergebnisse jahrzehntelanger Experimente in der renommierten Fachzeitschrift „Advanced Materials“.
Druck und Hitze schaffen neues Material
Die Wissenschaftler setzten verschiedene Formen von Kohlenstoff-Stickstoff-Vorläufern extremen Drücken von 70 bis 135 Gigapascal aus, was etwa einer Million Mal dem atmosphärischen Druck entspricht. Gleichzeitig erhitzten sie die Materialien auf Temperaturen von über 1500 Grad Celsius. Dabei stellten sie fest, dass die resultierenden Materialien, bekannt als Kohlenstoffnitride, widerstandsfähiger sind als kubisches Bornitrid, das nach Diamanten das zweithärteste Material ist.
„Wir waren unglaublich erstaunt, Materialien produziert zu haben, von denen Forscher seit den letzten drei Jahrzehnten geträumt haben“, so der an der Studie beteiligte Dr. Dominique Laniel in einer Pressemitteilung. „Diese Materialien bieten einen starken Anreiz, die Lücke zwischen der Synthese von Hochdruckmaterialien und industriellen Anwendungen zu schließen.“
Weitere Berechnungen und Experimente deuten darauf hin, dass die Neuentdeckung zusätzliche Eigenschaften wie Photolumineszenz und hohe Energiedichte aufweisen. Dies bedeutet, dass eine große Menge Energie in einer kleinen Masse gespeichert werden kann. Derartige Eigenschaften eröffnen ein breites Anwendungsspektrum für die ultrakompressiblen Kohlenstoffnitride. Experten sind der Meinung, dass diese Materialien als ultimative Ingenieursmaterialien dienen könnten und Diamanten in verschiedenen Anwendungen Konkurrenz machen könnten.
Forschung an Teilchenbeschleunigern
Um die atomare Anordnung der Verbindungen unter extremen Bedingungen zu identifizieren, wurden die Proben mit intensiver Röntgenstrahlung an drei Teilchenbeschleunigern beleuchtet, darunter auch das Deutsche Elektronen-Synchrotron. Interessanterweise behielten die drei getesteten Verbindungen ihre diamantähnlichen Eigenschaften, als sie zu normalen Umgebungsbedingungen zurückkehrten.
Die Forscher hoffen, dass ihr neues Material nun vielseitige Einsatzgebiete erobern könnte. Potenzielle Anwendungen reichten von Schutzbeschichtungen für Fahrzeuge und Raumfahrzeuge bis hin zu hochbelastbaren Schneidwerkzeugen, Solaranlagen und Fotodetektoren.