Australische Forscher biegen Diamanten – bis 90° im Nanobereich möglich

Diamanten werden von Wissenschaftlern und Juwelieren gleichermaßen geschätzt, vor allem wegen einer Reihe außergewöhnlicher Eigenschaften, einschließlich einer außergewöhnlichen Härte. Nun hat ein Team australischer Wissenschaftler entdeckt, dass Diamant gebogen und verformt werden kann – zumindest im Nanobereich.

Die Entdeckung eröffnet eine Reihe von Möglichkeiten für das Design und die Konstruktion neuer Geräte im Nanomaßstab wie Sensorik, Verteidigung und Energiespeicherung. Gleichzeitig verweisen die Forscher auch auf die Herausforderungen, die vor den zukünftigen Nanotechnologien liegen.

Nanomaterialien auf Kohlenstoffbasis (wie Diamant) seien von besonderem wissenschaftlichen und technologischen Interesse, sagte Blake Regan von der University of Technology Sydney (UTS). „Ihre mechanischen Eigenschaften können in ihrer natürlichen Form sehr unterschiedlich von denen im Mikro- oder Nanobereich sein.“, so der Hauptautor der in Advanced Materials veröffentlichten Studie weiter.

Unzähligen Anwendungsmöglichkeiten für gebogene Diamanten

„Diamant ist der Vorreiter für neue Anwendungen in der Nanophotonik, mikroelektrisch-mechanischen Systemen und der Strahlungsabschirmung. Das bedeutet eine Vielzahl von Anwendungen in der medizinischen Bildgebung, der Temperaturerfassung und der Quanteninformationsverarbeitung und -kommunikation“, sagte Regan.

Das bedeutet aber, dass wir wissen müssen, wie sich diese Materialien im Nanobereich verhalten. Wie sie sich biegen, verformen, ihren Zustand ändern [oder] reißen. Und diese Informationen haben wir bei einkristallinen Diamanten noch nicht.“

Unter dem Rasterelektronenmikroskop zeigte das Team aus Wissenschaftlern der Curtin University und der Universität Sydney, dass Diamanten biegsam sind. Die Forscher arbeiteten mit etwa 20 nm langen Diamant-Nanonadeln. Diese sogenannten Diamantnanopillars sind etwa 10.000 Mal feiner als ein menschliches Haar.

Die Nanopartikel wurden einer elektrischen Feldstärke aus einem Rasterelektronenmikroskop ausgesetzt. Mit Hilfe dieser einzigartigen, zerstörungsfreien und reversiblen Technik bewiesen die Forscher, dass Diamanten – ohne zu brechen – in der Mitte bis zu 90 Grad gebogen werden können.

Neuer Kohlenstoff-Zustand entdeckt

Neben dieser elastischen Verformung beobachteten die Forscher eine neue Form der plastischen Verformung, Professor Igor Aharonovich von der UTS sagte, das Ergebnis sei das unerwartete Auftreten eines neuen, „08-Kohlenstoff“ genannten Zustands. Dies zeige das „beispiellose mechanische Verhalten von Diamanten“.

„Dies sind sehr wichtige Einblicke in die Dynamik, wie sich nanostrukturierte Materialien verformen und biegen und wie die Änderung der Parameter einer Nanostruktur jede ihrer physikalischen Eigenschaften von mechanisch über magnetisch bis hin zu optisch verändern kann. Im Gegensatz zu vielen anderen hypothetischen Phasen des Kohlenstoffs erscheint 08-Kohlenstoff spontan unter Belastung, wobei die diamantähnlichen Bindungen nach und nach Reißverschluss-artig brechen und einen großen Bereich des Diamanten in 08-Kohlenstoff umwandeln“, erklärte der Professor.

Denkbare Anwendungen für die biegsamen Diamanten sehen die Forscher vor allem in der Nanotechnologie. Ihre Erkenntnisse könnten Design und Konstruktion neuer Superkondensatoren und optischen Filter unterstützen. Auch die Verwendung in der Luftfiltration ist vorstellbar.