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Veränderte Eigenschaften

Kleine Diamanten lassen sich wie Gummi biegen

Experimente mit kleinen Nadeln aus Diamanten, deren Größe im Nanobereich liegt, haben gezeigt, dass sich Diamant flexibel biegen lassen und sie dabei ihre Eigenschaften verändern.

Cambridge (U.S.A.). Diamanten gehören mit zu den stabilsten und festesten Materialen der Welt. Wie Experimente jetzt jedoch gezeigt haben, lassen sie sich, sofern sie klein genug sind, biegen wie Gummi. Wie Ming Dao und seine Kollegen vom Massaschusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge bzw. vom Centre of Super-Diamond and Advanced Films in Hong Kong im Fachmagazin Science berichten, tritt diese bisher unbekannte Eigenschaft bei winzigen Nanonadeln aus Diamant auf, welche sie zuvor im Labor gezüchtet haben. Die winzigen Diamantnadeln lassen sich bis zu neun Prozent verbiegen ohne zu brechen oder Risse aufzuweisen. Da sich mit der Verformung aber auch optische, elektronische und magnetische Eigenschaften ändern, könnte mithilfe der kleinen Diamanten völlig neue Technologien entwickelt werden.

Kleine Diamantnadeln aus dem Labor

„Wir waren wirklich sehr überrascht zu sehen, wie stark sich Diamant auf der Nanoskala elastisch deformieren lässt“, berichtet Dao. Die Forscher züchteten nur wenige Mikrometer kleine Diamantnadeln im Labor. Dazu ließen sie die Kristalle in einer heißen Kohlenstoffatmosphäre heranwachsen und strukturierten die anschließend die Nadeln in einem komplexen Ätzprozess heraus.

Bei einer späteren Untersuchung unter einem Rasterelektronenmikroskop sahen sie dann, dass sich die konisch zuspitzenden Diamantnadeln wie Grashalme auf einer Wiese anordneten.

Eine Untersuchung der Festigkeit der kleinen Diamantstrukturen erfolgte, indem die Wissenschaftler eine wesentlich größere Diamantspitze von oben auf die senkrecht stehenden Diamantnadeln drückten. Die Wissenschaftler gingen eigentlich davon aus, dass die kleinen Nanonadeln unter dem Druck von 100 Gigapascal direkt zerbrechen würden, aber stattdessen verbogen sie sich um einige hundert Nanometer. Weitere Experimente haben gezeigt, dass sich die kleinen Diamantnadeln sogar bis zu einem gewissen Grad stauchen lassen und wie bei dem Biegen, wieder in ihre ursprüngliche Form zurück gehen.

Diamanten biegen und stauchen

Berechnungen ergaben, dass sich die kleinen Diamanten um gut neun Prozent flexibel verbiegen lassen ohne Bruchspuren aufzuweisen. Etwas größere Diamanten lassen sich hingegen um maximal ein Prozent verformen. Mit der neunprozentigen Verformung haben sich die Wissenschaftler nahe dem theoretischen Maximum für die Flexibilität von Diamantstrukturen angenähert.

Neue Technologien in Sicht

Die Experimente und Forschungsergebnisse haben nicht nur eine starke Verformbarkeit von Diamanten offengelegt, sie könnten auch zur Entwicklung neuer hochempfindlicher Sensoren führen, da die Diamanten bei der Verformung reversible ihre Eigenschaften ändern.

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