Kohlenstoff ist das viert-häufigste Element im Universum und umfasst eine Vielzahl von Formen, Allotrope genannt, darunter Diamanten und Graphit. Wissenschaftler des Geophysical Laboratory der Carnegie Institution for Science sind Teil eines Teams, das eine neue Form von Kohlenstoff entdeckt hat, welche in der Lage ist, extremen Druckverhältnissen zu widerstehen, was zuvor nur in Diamanten beobachtet wurde. Dieser Durchbruch wird in den Physical Review Letters veröffentlicht.
Das Team wurde von Wendy L. Mao von der Stanford University und ihrem Studenten Yu Lin geleitet und schloss Ho-kwang (Dave) Mao, Li Zhang, Paul Chow, Yuming Xiao, Maria Baldini und Jinfu Shu von der Carnegie Institution mit ein. Das Experiment begann mit einer Form von Kohlenstoff namens Glaskohlenstoff, die erstmals in den 1950er Jahren synthetisiert wurde und erwünschte Eigenschaften von Glas und Keramik mit denen von Graphit kombiniert. Das Team erzeugte das neue Kohlenstoff-Allotrop durch die Komprimierung von Glaskohlenstoff unter mehr als dem 400.000-fachen atmosphärischen Druck.
Diese neue Kohlenstoff-Form war imstande, dem 1,3-Millionenfachen des normalen atmosphärischen Drucks in eine Richtung zu widerstehen, während es in anderen Richtungen auf den 600.000-fachen Druck begrenzt war. Keine andere Substanz außer Diamanten konnte dabei beobachtet werden, wie sie diesen Druckbedingungen standhält, was dafür spricht, dass das neue Kohlenstoff-Allotrop in der Tat sehr hart sein muss.
Im Gegensatz zu Diamanten und anderen kristallinen Formen von Kohlenstoff ist die Struktur dieses neuen Materials allerdings nicht in sich wiederholenden Atomeinheiten organisiert. Es ist ein amorphes Material, was bedeutet, dass seiner Struktur die großräumige Ordnung von Kristallen fehlt. Dieses amorphe, superharte Kohlenstoff-Allotrop hätte einen potenziellen Vorteil gegenüber Diamanten, wenn sich seine Härte als isotrop herausstellt – das bedeutet, wenn seine Härte in alle Richtungen gleich groß ist. Die Härte von Diamanten hingegen hängt stark davon ab, in welche Richtung der Kristall ausgerichtet ist.
„Diese Ergebnisse eröffnen Möglichkeiten für potenzielle Anwendungen, darunter superharte Ambosse für Hochdruck-Forschung, und könnten zu neuen Klassen ultradichter und harter Materialien führen“, sagte Russel Hemley, Direktor des Geophysical Laboratory.
Quelle: http://carnegiescience.edu/news/new_form_superhard_carbon_observed
(THK)
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