Robert Klatt
Diamanten sind hart, brechen aber unter hohem Druck. Ein neuer synthetischer Diamant kann sich dank eines Nanomaterials selbst „heilen“. In Zukunft könnte dies bessere Industriediamanten ermöglichen.
Peking (China). Schäden in organischen Materialien wie Wunden in der Haut heilen oft innerhalb kurzer Zeit. Risse und andere Schäden in anorganischen Materialien schließen sich hingegen meistens nicht von selbst. Der „Heilungsprozess“ funktioniert in der Regel nur bei sehr hohen Temperaturen. Dies ist unter anderem bei Diamenten, dem härtesten Material der Welt, problematisch. Diamanten sind spröde und brechen unter hohem Druck. Besonders beim Einsatz in der Industrie, etwa in mechanischen Werkzeugen wie Bohrern, ist dies problematisch.
Forscher der Beihang University um Keliang Qiu haben deshalb untersucht, stabilere synthetische Diamenten zu produzieren. Laut ihrer Publikation im Fachmagazin Nature Materials änderten sie dazu die Nanostruktur der Diamenten mit dem Ziel, dass diese Risse bei Raumtemperatur schließen.
Die Wissenschaftler haben dazu „Drähte“ aus nur wenige Nanometer kleinen synthetischem Zwillingskristallen entwickelt. Diese einzigartige Nanostruktur, bei der Kristalle symmetrisch miteinander verschmelzen, verleiht Materialien eine bemerkenswerte Härte. Durch ein innovatives Verfahren wurden diese Drähte gespannt und anschließend freigesetzt. Mithilfe des Elektronenmikroskops verfolgten die Forscher die dabei ablaufenden Prozesse.
Während des Experiments stellten die Experten fest, dass Kohlenstoffatome an Rissstellen der Drähte sich gegenseitig anzogen. Durch das Eingehen neuer Bindungen haben diesen Atome die Risse im Diamanten geschlossen. Dank dieser bahnbrechenden Entdeckung des Teams um Qiu könnte in Zukunft die Produktion von Diamanten realisiert werden, deren fortgeschrittene Nanostruktur sie deutlich widerstandsfähiger gegenüber Brüchen macht als herkömmliche Industriediamanten.
Nature Materials, doi: 10.1038/s41563-023-01656-4
