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Dichteste und härteste Materieform entdeckt

erstellt von redaktion zuletzt verändert: 23.08.2007 14:43

Forscher des Bayerischen Geoinstituts (BGI) der Universität Bayreuth haben mit Verwachsungen von röhrenförmigen Diamanten im Nano-Format die dichteste Form von Kohlenstoff und die Materie mit der geringsten Kompressibilität entdeckt.

Dichte und Verdichtbarkeit sind wesentliche Materialeigenschaften, mit denen schon jedes Kind, etwa beim Spielen mit Luftballons oder beim Formen von Sandkuchen, seine ersten Erfahrungen sammelt. Auch aus dem täglichen Leben wissen wir, dass gasförmige Stoffe sehr leicht zu komprimieren sind. Die Verbrennungsmotoren unserer Autos werden mit einem Kompressionsverhältnis von ungefähr 9:1 betrieben, das Benzin- Luft-Gemisch wird also um das Neunfache verdichtet. Dass sich Flüssigkeiten deutlich schwerer komprimieren lassen, können wir ebenfalls in unserem Auto erkennen. Auch bei einer kräftigen Vollbremsung nimmt das Volumen der Bremsflüssigkeit im hydraulischen Bremssystem normalerweise nicht ab. Noch schlechter verdichtbar sind Feststoffe. Sie und Flüssigkeiten gelten als nahezu unkomprimierbar.


(c) UBT-Pressestelle
Die regellose Verteilung der Diamant-Nano-Röhrchen und die Vielzahl der Korngrenzen in dem Material (unten) sind verantwortlich für die hohe Bruchfestigkeit der ADNR's im Vergleich zu einem Diamant-Einkristall (oben), der eine bevorzugte Spaltbarkeit nach einer Kristallfläche aufweist

Alle elastischen Eigenschaften eines Materials bestimmen gemeinsam, wie stark sich ein Material unter bestimmten äußeren Drücken komprimieren lässt. Das Maß für die relative Volumenänderung als Reaktion auf die Änderung eines von außen angelegten Druckes heißt Kompressibilität. Den Kehrwert der Kompressibilität bezeichnet man als den Kompressionsmodul. Bisher hielt Diamant den Rekord als das härteste und am wenigsten komprimierbare Material. Zwischen Kompressionsmodul (K) und Härte (H) besteht eine offensichtliche Korrelation: Je größer H, desto größer auch K. Man hat oft festgestellt, dass sich positive Eigenschaften einer Materie noch verbessern, wenn die Materie in nano-kristalliner statt in makro-kristalliner Form vorliegt. Bisher war es schwer vorstellbar, dass es weitere, noch weniger kompressible Stoffe mit größeren Kompressionsmoduli als Diamant geben könnte.

In theoretische Studien wurden herausragende Eigenschaften von Nano-Drähten und Nano-Röhrchen (Bruchfestigkeit, Druckzähigkeit) prognostiziert, was diese Materialien zu wichtigen und realisierbaren Zielen von Synthese- Experimenten machten. Die Herstellung von Nano-Röhrchen aus verschiedenen Ausgangsmaterialien verläuft sehr erfolgreich; es gibt es bisher keine Erkenntnisse aus Experimenten mit Nano-Röhrchen aus Diamant. Erste Erfolge bei der Synthese dieses neuartigen Materials aus aggregierten Diamant-Nano-Röhrchen wurden kürzlich von Wissenschaftlern am Bayerischen Geoinstituts der Universität Bayreuth, vorgestellt.

Pressemitteilung der Universität Bayreuth