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Aggregierte Diamant Nanostäbchen englisch aggregated diamond nanorods ADNR sind eine besonders dichte Form des Kohlensto

Aggregierte Diamant-Nanostäbchen

Aggregierte Diamant-Nanostäbchen (englisch aggregated diamond nanorods, ADNR) sind eine besonders dichte Form des Kohlenstoffs. ADNR ritzt Proben aus natürlichem Diamant, das heißt, es ist härter und könnte verschleißärmere Werkzeuge ermöglichen.

Eigenschaften und Herstellung Bearbeiten

Aggregierte Diamant-Nanostäbchen gehören zu den härtesten bekannten Materialien mit einem statischen Kompressionsmodul K von bis zu 491 GPa (ca. 11 % mehr als Diamant mit 442 GPa). Ihr Absorptionskoeffizient für Röntgenlicht ist 0,2 bis 0,4 % höher als der von gewöhnlichem Diamant. Die Ursache dafür liegt in dem reduzierten Bindungsabstand der Kohlenstoffatome in den äußeren Lagen des ADNRs. Die ersten Untersuchungen an dem Material erfolgten um 1990, ohne dass man es als ADNR erkannte.

Das Material ist widerstandsfähiger gegen den Umbau der Diamantstruktur in eine graphitähnliche Struktur (Graphitisierung) als natürlicher Diamant. Daraus und aus der größeren Härte ergeben sich auch mögliche zukünftige Einsatzgebiete dieses Materials im Bereich der spanabhebenden Werkzeuge und der Polier- und Schleifmittel.

Die systematische Herstellung wurde erstmals von Forschern des Bayerischen Geoinstituts (BGI) der Universität Bayreuth durchgeführt. Die Eigenschaften des Materials wurden zusammen mit Forschern des ESRF in Grenoble und der Technischen Fachhochschule Wildau im August 2005 beschrieben. Ihnen gelang es, ADNR in Hochdruckpressen mit einer Diamantstempelzelle bei Drücken von 24 GPa und Temperaturen bis 2500 Kelvin herzustellen. Das Ausgangsmaterial dafür ist ein allotropes Pulver aus C60-Fullerenen. Es gibt ein zweites Verfahren, um ADNR herzustellen. Dabei werden ebenfalls Diamantstempelzellen bei Drücken bis 37 GPa ohne zusätzliche Heizung genutzt. 2005 ist die Herstellung größerer Mengen gelungen. Die typischen ADNRs haben einen Durchmesser von 5 bis 20 nm und eine Länge größer 1 μm.

Eine wirtschaftliche Nutzung der Materialien ist bis jetzt nicht zustande gekommen, da die benötigten Mengen für eine technische Umsetzung in einem Forschungsinstitut nicht erzeugt werden konnten. Parallel dazu sind inzwischen andere Konfigurationen gefunden worden, die in einem vergleichbaren Festigkeitsbereich liegen wie z. B. Nanopolydiamanten, die 2012 an der Universität Ehime durch Tetsuo Irifune entwickelt wurden und die auch schon in Schneidwerkzeugen eingesetzt werden.

Literatur Bearbeiten

  • V. D. Blank, S. G. Buga, N. R. Serebryanaya, V. N. Denisov, G. A. Dubitsky, A. N. Ivlev, B. N. Mavrin, M. Yu. Popov: Ultrahard and superhard carbon phases produced from C60 by heating at high pressure: structural and Raman studies. In: Physics Letters A. Band 205, Nr. 2–3, 11. August 1995, S. 208–216, doi:10.1016/0375-9601(95)00564-J.
  • V. D. Blank, S. G. Buga, N. R. Serebryanaya, G. A. Dubitsky, S. N. Sulyanov, M. Yu. Popov, V. N. Denisov, A. N. Ivlev, B. N. Mavrin: Phase transformations in solid C60 at high-pressure-high-temperature treatment and the structure of 3D polymerized fullerites. In: Physics Letters A. Band 220, Nr. 1–3, 2. August 1996, S. 149–157, doi:10.1016/0375-9601(96)00483-5.
  • Natalia Dubrovinskaia, Sergey Dub, Leonid Dubrovinsky: Superior Wear Resistance of Aggregated Diamond Nanorods. In: Nano Letters. Band 6, Nr. 4, 1. März 2006, S. 824–826, doi:10.1021/nl0602084.
  • Natalia Dubrovinskaia, Leonid Dubrovinsky, Wilson Crichton, Falko Langenhorst, Asta Richter: Aggregated diamond nanorods, the densest and least compressible form of carbon. In: Applied Physics Letters. Band 87, Nr. 8, 2005, S. 083106, doi:10.1063/1.2034101.
  • M. E. Kozlov, M. Hirabayashi, K. Nozaki, M. Tokumoto, H. Ihara: Superhard form of carbon obtained from C60 at moderate pressure. In: Synthetic Metals. Band 70, Nr. 1–3, 15. Februar 1995, S. 1411–1412, doi:10.1016/0379-6779(94)02900-J.
  • H. Szwarc, V. A. Davydov, S. A. Plotianskaya, L. S. Kashevarova, V. Agafonov, R. Céolin: Chemical modifications of C60 under the influence of pressure and temperature: from cubic C60 to diamond. In: Synthetic Metals. Band 77, Nr. 1–3, Januar 1996, S. 265–272, doi:10.1016/0379-6779(96)80100-7.

Weblinks Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. ↑ V. Blank et al.: Is C60 fullerite harder than diamond? In: Physics Letters A. Band 188, Nr. 3, 1994, S. 281–286, doi:10.1016/0375-9601(94)90451-0.
  2. Natalia Dubrovinskaia, Leonid Dubrovinsky, Wilson Crichton, Falko Langenhorst, Asta Richter: Aggregated diamond nanorods, the densest and least compressible form of carbon. In: Applied Physics Letters. Band 87, Nr. 8, 2005, S. 083106, doi:10.1063/1.2034101.
  3. Aggregated Diamond Nanorods, the Densest and Least Compressible Form of Carbon. European Synchrotron Radiation Facility, abgerufen am 10. Oktober 2014 (englisch).
  4. Maria Bongarz: Hart an der Grenze., 21. Mai 2013. In: Bild der Wissenschaft. Nr. 4, 2013, S. 106.
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Aggregierte Diamant Nanostabchen englisch aggregated diamond nanorods ADNR sind eine besonders dichte Form des Kohlenstoffs ADNR ritzt Proben aus naturlichem Diamant das heisst es ist harter und konnte verschleissarmere Werkzeuge ermoglichen Inhaltsverzeichnis 1 Eigenschaften und Herstellung 2 Literatur 3 Weblinks 4 EinzelnachweiseEigenschaften und Herstellung BearbeitenAggregierte Diamant Nanostabchen gehoren zu den hartesten bekannten Materialien mit einem statischen Kompressionsmodul K von bis zu 491 GPa ca 11 mehr als Diamant mit 442 GPa Ihr Absorptionskoeffizient fur Rontgenlicht ist 0 2 bis 0 4 hoher als der von gewohnlichem Diamant Die Ursache dafur liegt in dem reduzierten Bindungsabstand der Kohlenstoffatome in den ausseren Lagen des ADNRs Die ersten Untersuchungen an dem Material erfolgten um 1990 ohne dass man es als ADNR erkannte 1 Das Material ist widerstandsfahiger gegen den Umbau der Diamantstruktur in eine graphitahnliche Struktur Graphitisierung als naturlicher Diamant Daraus und aus der grosseren Harte ergeben sich auch mogliche zukunftige Einsatzgebiete dieses Materials im Bereich der spanabhebenden Werkzeuge und der Polier und Schleifmittel Die systematische Herstellung wurde erstmals von Forschern des Bayerischen Geoinstituts BGI der Universitat Bayreuth durchgefuhrt Die Eigenschaften des Materials wurden zusammen mit Forschern des ESRF in Grenoble und der Technischen Fachhochschule Wildau im August 2005 beschrieben 2 Ihnen gelang es ADNR in Hochdruckpressen mit einer Diamantstempelzelle bei Drucken von 24 GPa und Temperaturen bis 2500 Kelvin herzustellen Das Ausgangsmaterial dafur ist ein allotropes Pulver aus C60 Fullerenen Es gibt ein zweites Verfahren um ADNR herzustellen Dabei werden ebenfalls Diamantstempelzellen bei Drucken bis 37 GPa ohne zusatzliche Heizung genutzt 1 2005 ist die Herstellung grosserer Mengen gelungen 3 Die typischen ADNRs haben einen Durchmesser von 5 bis 20 nm und eine Lange grosser 1 mm Eine wirtschaftliche Nutzung der Materialien ist bis jetzt nicht zustande gekommen da die benotigten Mengen fur eine technische Umsetzung in einem Forschungsinstitut nicht erzeugt werden konnten Parallel dazu sind inzwischen andere Konfigurationen gefunden worden die in einem vergleichbaren Festigkeitsbereich liegen wie z B Nanopolydiamanten die 2012 an der Universitat Ehime durch Tetsuo Irifune entwickelt wurden und die auch schon in Schneidwerkzeugen eingesetzt werden 4 Literatur BearbeitenV D Blank S G Buga N R Serebryanaya V N Denisov G A Dubitsky A N Ivlev B N Mavrin M Yu Popov Ultrahard and superhard carbon phases produced from C60 by heating at high pressure structural and Raman studies In Physics Letters A Band 205 Nr 2 3 11 August 1995 S 208 216 doi 10 1016 0375 9601 95 00564 J V D Blank S G Buga N R Serebryanaya G A Dubitsky S N Sulyanov M Yu Popov V N Denisov A N Ivlev B N Mavrin Phase transformations in solid C60 at high pressure high temperature treatment and the structure of 3D polymerized fullerites In Physics Letters A Band 220 Nr 1 3 2 August 1996 S 149 157 doi 10 1016 0375 9601 96 00483 5 Natalia Dubrovinskaia Sergey Dub Leonid Dubrovinsky Superior Wear Resistance of Aggregated Diamond Nanorods In Nano Letters Band 6 Nr 4 1 Marz 2006 S 824 826 doi 10 1021 nl0602084 Natalia Dubrovinskaia Leonid Dubrovinsky Wilson Crichton Falko Langenhorst Asta Richter Aggregated diamond nanorods the densest and least compressible form of carbon In Applied Physics Letters Band 87 Nr 8 2005 S 083106 doi 10 1063 1 2034101 M E Kozlov M Hirabayashi K Nozaki M Tokumoto H Ihara Superhard form of carbon obtained from C60 at moderate pressure In Synthetic Metals Band 70 Nr 1 3 15 Februar 1995 S 1411 1412 doi 10 1016 0379 6779 94 02900 J H Szwarc V A Davydov S A Plotianskaya L S Kashevarova V Agafonov R Ceolin Chemical modifications of C60 under the influence of pressure and temperature from cubic C60 to diamond In Synthetic Metals Band 77 Nr 1 3 Januar 1996 S 265 272 doi 10 1016 0379 6779 96 80100 7 Weblinks BearbeitenJurgen Abel Bayreuther Geowissenschaftler entdecken dichteste und harteste Materieform Informationsdienst Wissenschaft 23 August 2005 mit hochauflosenden Aufnahmen Einzelnachweise Bearbeiten a b V Blank et al Is C60 fullerite harder than diamond In Physics Letters A Band 188 Nr 3 1994 S 281 286 doi 10 1016 0375 9601 94 90451 0 Natalia Dubrovinskaia Leonid Dubrovinsky Wilson Crichton Falko Langenhorst Asta Richter Aggregated diamond nanorods the densest and least compressible form of carbon In Applied Physics Letters Band 87 Nr 8 2005 S 083106 doi 10 1063 1 2034101 Aggregated Diamond Nanorods the Densest and Least Compressible Form of Carbon European Synchrotron Radiation Facility abgerufen am 10 Oktober 2014 englisch Maria Bongarz Hart an der Grenze 21 Mai 2013 In Bild der Wissenschaft Nr 4 2013 S 106 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Aggregierte Diamant Nanostabchen amp oldid 200044427