Diamanten aus der „Zwiebel" - wissenschaft.de
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Diamanten aus der „Zwiebel“

Stuttgarter Physiker haben ein Verfahren entwickelt, um aus Fullerenen hochreine Diamanten herzustellen.

Der Traum der Alchemisten, einen minderwertigen Stoff in Gold umzuwandeln, hat sich bis heute nicht erfüllt. Bei den nicht weniger begehrten Diamanten gelingt die Zauberei: Staubig-schwarzer Graphit läßt sich in glitzernde Edelsteine verwandeln. Das funktioniert, weil beide Stoffe, Diamant und Graphit, aus Kohlenstoff bestehen.

Für die unterschiedlichen Erscheinungsformen sind die verschiedenen Bindungen des Kohlenstoffs verantwortlich: Im Graphit ist jedes Atom mit drei anderen verknüpft, im Diamant mit vier. Deswegen bilden die Atome im Graphit Schichten aus Sechsecken, im Diamant dagegen stabile Tetraeder.

Eine dritte Modifikation des Kohlenstoffes sind die 1985 entdeckten Fullerene, kugelförmige „Fußball-Moleküle“. Man kann sie sich als Graphit-Schicht vorstellen, die zu einer Kugel gebogen ist, weil einige Atome vierfach gebunden sind. Die Fuß- bälle gibt es auch als ineinandergeschachtelte „Kohlenstoff-Zwiebeln“. Während die äuße- ren Kugelschalen einer solchen Zwiebel einen ähnlichen Abstand wie die Schichten in normalem Graphit haben, liegen die inneren um ein Drittel näher zusammen – deshalb herrscht im Inneren der Zwiebel ein immens hoher Druck.

Dr. Florian Banhart vom Stuttgarter Max-Planck-Institut für Metallforschung bestrahlte die „Zwiebeln“ bei 900 Grad Celsius mit Elektronen und schlug so einzelne Kohlenstoff-Atome aus den Schalen heraus. Im Zwiebelzentrum entstanden dabei Diamantkeime. Obwohl in den äußeren Schalen kein hoher Druck herrscht, wuchs der Diamant durch weitere Bestrahlung so lange an, bis die gesamte Zwiebel umgewandelt war.

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Die größten Kristalle, die Banhart erzeugte, sind mit 0,1 Mikrometer viel zu klein für irgendeine Anwendung. Falls sich eines Tages aus größeren Zwiebeln nutzbare Diamanten herstellen ließen, wären sie zwar nicht billig, aber besonders rein. Bis jetzt enthalten alle künstlichen Diamanten Verunreinigungen, weil sie mit Hilfe von Katalysatoren hergestellt werden.

Ein weiterer Vorteil der Stuttgarter Methode: Zum ersten Mal können die Forscher direkt beobachten, wie Diamanten wachsen. Bisher mußte der notwendige hohe Druck durch eine Explosion erzeugt werden – das setzte der Beobachtung Grenzen.

Ute Kehse

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