Diamanten sind nicht nur "a girl's best friend", auch Techniker mögen die
Glitzersteinchen, die dank ihrer besonderen
Härte sowie interessanter
thermischer und optoelektronischer Eigenschaften in vielen Bereichen Anwendung
gefunden haben: Nicht nur als Schleif-, Bohr- und Schneidmittel hat diese
Kohlenstoff-Modifikation Karriere gemacht, sondern beispielsweise auch in der
Mikroelektronik, als Material für Messfühler sowie in Form von schützenden
Beschichtungen. Für solche technischen Anwendungen werden im allgemeinen keine
natürlichen, sondern synthetische Mini-Diamanten eingesetzt. Chinesische
Forscher haben nun ein neues Verfahren zur Herstellung von Diamanten entwickelt,
das mit geringeren Temperaturen auskommt als herkömmliche Prozesse und so eine
wirtschaftliche Alternative darstellen könnte.
Industrielle Verfahren zu Herstellung von Diamanten basieren meist auf der
Umwandlung von
Graphit in Diamant bei extrem hohen Drücken und Temperaturen (ca.
1,4 kbar und bis zu 1400 °C) . Daneben existieren einige alternative Techniken,
die aber ebenfalls Energiefresser sind und immerhin Temperaturen von 800 bis
1000 °C benötigen.
Vergleichsweise bescheiden machen sich da die 500 °C, die der neuen Methode des
Forscherteams um Qianwang Chen ausreichen. Und auch sonst kommt das Verfahren
ohne besonders aufwändige Schritte aus: In einem Autoklaven werden
Magnesiumcarbonat (MgCO3) und metallisches
Natrium erhitzt. Bei diesen
Temperaturen pyrolysiert MgCO3 zu Magnesiumoxid (MgO) und
Kohlendioxid (CO2),
und im Autoklaven baut sich ein hoher
Druck auf. Bei der anschließenden Reaktion
von Natrium mit CO2 entstehen Natriumcarbonat (Na2CO3) und elementarer
Kohlenstoff - in Form von Graphit und Diamant. Einer der Erfolgsfaktoren: Unter
diesen Druck- und Temperaturverhältnissen liegt das CO2 im überkritischen
Zustand vor und weist so eine höhere Polarität auf als im gasförmigen Zustand,
was seine
Adsorption an der Oberfläche des Natriums und die nachfolgende
Reaktion erleichtert.
Aus dem entstehenden Produktgemisch lassen sich relativ große Diamant-Körnchen
isolieren. Elektronenmikroskopische Aufnahmen zeigen gut auskristallisierte
Mini-Diamanten, die Durchmesser bis zu 0,5 mm erreichen. Die Diamant-Ausbeute
hängt stark von den genauen Reaktionsbedingungen ab. Unterhalb von 500 °C
entsteht ausschließlich Graphit. Bei optimalen Bedingungen wird eine
Diamant-Ausbeute von 6,6 % erreicht.