Hart wie Diamant – amorph wie Glas

Washington (USA) - Kein anderes Material auf der Erde ist so hart wie Diamant. Doch ein neuer Werkstoff – ebenfalls aus dem Element Kohlenstoff – könnte nun an diesem "Thron der Stabilität" rütteln. Mit speziellen Pressen fertigten amerikanische Physiker nun ein neues Kohlenstoffmaterial, das selbst Druckbelastungen standhielt, die über einer Million größer sind als der Druck der Atmosphäre. Wie sie in der Fachzeitschrift "Physical Review Letters" erläutern, kommt der superharte Kohlenstoff dabei völlig ohne den sonst stabilisierenden kristallinen Aufbau aus.

"Diese Entdeckung eröffnet viele Möglichkeiten potenzieller Anwendungen", sagt Russel Hemley vom Geophysical Laboratory der Carnegie Institution for Science in Washington. Dazu gehören Hochdruckpressen, die bisher mit Diamanten ausgestattet sind, und weitere extrem harte Werkstoffe, die nun auf der Basis dieser Versuche entwickelt werden könnten. Als Ausgangsstoff wählten Hemleys Kollegen eine reine Kohlenstoffverbindung, in der sich die Atome ungeordnet wie in Glas zusammenlagern. Dieses "Glas-Karbon" pressten sie mit 400.000 Atmosphärendrücken zusammen und erhielten das verblüffend harte neue Material.

Detailanalysen zeigten, dass sich die Atome in dieser neuen Form des Kohlenstoffs nicht zu geordneten Kristallen verknüpften. Dies ist überraschend, da gerade im kristallinen Aufbau die Ursache für die Härte von echten Diamanten liegt, die etwa vierfach höheren Drücken als das "Glas-Karbon" standhalten können. Allerdings haben die Edelsteine eine stärkere und eine schwächere, weniger stabile Seite. Der neue Werkstoff hingegen hält hohen Drücken von allen Seiten stand. Genau dieser Vorteil und die potenziell niedrigeren Fertigungskosten machen das kompakte "Glas-Karbon" für technische Anwendungen interessant.

Auf der Grundlage dieser Untersuchungen könnten sich nun gezielt weitere, glasartig-amorphe Materialien entwickeln lassen. Es ist nicht auszuschließen, dass die Forscher sogar ein Rezept für einen WErkstoff finden, der in allen Ausrichtungen sogar noch stabiler als Diamant sein wird.