Wissenschaftler haben eine neue Methode entwickelt, um Diamanten bei atmosphärischem Druck und ohne Ausgangsdiamant zu synthetisieren. Dieser Fortschritt könnte die Produktion dieser wertvollen Edelsteine im Labor erleichtern.
Die durch diese neue Technik gewonnenen Diamanten sind größtenteils rein, aber zu klein, um als Schmuck verwendet zu werden.
Bildquelle: Institute for Basic Science
Natürliche Diamanten bilden sich im Erdmantel unter enormem Druck und bei extrem hohen Temperaturen. Derzeit wird die Mehrzahl der künstlichen Diamanten durch das HPHT-Verfahren (High Pressure High Temperature) hergestellt, das diese extremen Bedingungen nachahmt. Diese Technik ist jedoch teuer und erfordert komplexe Ausrüstungen.
Eine andere Methode, die chemische Gasphasenabscheidung (CVD), vermeidet einige der HPHT-Einschränkungen, benötigt jedoch immer noch einen Diamantkeimling.
Die neue Technik, die von einem Team unter der Leitung von Rodney Ruoff vom Institute of Basic Science in Südkorea entwickelt wurde, überwindet diese Hindernisse. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift
Nature veröffentlicht.
Der Diamanttiegel
Diese innovative Methode verwendet Gallium, das mit etwas Silizium in einem Graphittiegel erhitzt wird. Gallium wurde ausgewählt, weil es die Bildung von Graphen, einer Form von reinem Kohlenstoff, katalysieren kann. Der Tiegel wird in eine Kammer gestellt, die bei atmosphärischem Druck gehalten wird und durch die ein kohlenstoffreiches Methangas injiziert wird. Diese Kammer, die von Won Kyung Seong entworfen wurde, ermöglicht schnelle Tests mit verschiedenen Konzentrationen von Metallen und Gasen.
Die Forscher entdeckten, dass eine Mischung aus Gallium, Nickel und Eisen, mit einer Prise Silizium, ideal ist, um das Wachstum von Diamanten zu katalysieren. In nur 15 Minuten bilden sich Diamanten am Boden des Tiegels. In zweieinhalb Stunden erscheint ein vollständigerer Diamantfilm. Analysen zeigten, dass dieser Film größtenteils rein ist, mit einigen Siliziumatomen.
Der genaue Mechanismus muss noch geklärt werden, aber es scheint, dass eine Temperaturabsenkung den Kohlenstoff aus dem Methan in die Mitte des Tiegels zieht, wo er zu Diamant kristallisiert. Das Silizium wirkt wahrscheinlich als Keim für diese Kristallisation.
Diese neue Methode produziert jedoch sehr kleine Diamanten, die viel kleiner sind als die durch HPHT erzeugten. Sie sind daher zu klein, um als Schmuck verwendet zu werden. Potenzielle Anwendungen in technologischen Bereichen wie Polieren und Bohren müssen noch untersucht werden. Dennoch könnte diese Technik bei Umgebungsdruck die Diamantenproduktion erheblich steigern. Rodney Ruoff schätzt, dass wir in ein oder zwei Jahren eine bessere Vorstellung von den möglichen kommerziellen Auswirkungen haben werden.
Quelle: Nature