Diamant ist nicht der härteste Stoff

      Diamant ist nicht der härteste Stoff

      Diamant ist nicht der härteste Stoff

      Härter als Diamant? Ja, das gibt es wirklich. Vor zwei Jahren konnten Forscher experimentell belegen, dass eine bestimmte Zusammensetzung mehrerer Werkstoffe mit Anteilen des Minerals Wurtzit-Boronid ähnlich hart ist wie Diamant.

      Nun zeigen theoretische Modelle eines chinesisch-amerikanischen Forscherteams, dass reines Wurtzit-Boronid sogar um 18 Prozent härter ist als Diamant – wenn es unter Druck gerät und dabei seine Kristallstruktur verändert. Den Berechnungen zufolge ist das Mineral Lonsdaleit sogar um 58 Prozent härter als Diamant, schreibt das Team um Zicheng Pan und Hong Sun im Fachblatt „Physical Review Letters“.

      Der neue Weltrekord gilt allerdings erst, wenn das Material im Praxistest diese Vorhersagen bestätigen kann. Interessant wären die Materialien für ein weites Anwendungsfeld, da sie mehr Wärme vertragen als Diamanten: etwa als Beschichtungen für Bohr- und Schneidwerkzeuge oder für Raumschiffe.

      In der Natur kommen die beiden Materialien nur in geringen Mengen vor, die für eine Überprüfung der Theorie nicht ausreichen, geschweige denn für einen Einsatz als Diamantenersatz. Wurtzit-Boronid enthält vor allem Zink, Schwefel und Bor und bildet sich unter den extremen Druck- und Temperaturbedingungen von Vulkanausbrüchen. Lonsdaleit besteht wie Diamant aus Kohlenstoffatomen, die jedoch eine andere geometrische Anordnung haben. Das Mineral entsteht nur unter sehr hohem Druck: Man findet es nach Meteoriteneinschlägen, etwa im sibirischen Tunguska-Krater oder im süddeutschen Ries-Krater. Die Forscher hoffen, mit neuen Produktionsmethoden bald nennenswerte Mengen der Minerale herstellen und ihre Berechnungen testen zu können.

      Verbindung könnte härter als Diamant sein

      Verbindung könnte härter als Diamant sein

      Bekommen Diamanten bald Konkurrenz? Forscher haben eine Verbindung untersucht, die um 18 Prozent härter sein soll. Die seltene Substanz entsteht bei Vulkanausbrüchen, größere Mengen sind bislang nicht verfügbar.

      Wurtzit-Bornitrid heißt die Verbindung, die womöglich widerstandsfähiger ist als Diamant, der härteste bekannte Stoff auf der Erde. Das schließen Forscher aus Computersimulationen, in denen sie das Verhalten der Verbindung bei starken Belastungen berechneten. Wurtzit ist ein Mineral, das aus Zink und Schwefel besteht. Wurtzit-Bornitrid besitzt die gleiche kristallografische Struktur, enthält aber stattdessen Bor- und Stickstoffatome. Über die Arbeit berichten Zicheng Pan und seine Kollegen von der Jiao Tong University in Shanghai im Fachblatt "Physical Review Letters". Erst vor wenigen Tagen hatten Wissenschaftler eine superharte Form des Elements Bor entdeckt.

      Im Jahr 2005 übertraf eine künstlich erzeugte Form des Kohlenstoffs die Härte von Diamant erstmals knapp. Die Daten aus der neuen Simulation lassen jedoch alles Bekannte weit hinter sich. Die Forscher berechneten, was passiert, wenn die Stoffe mit hoher Kraft von einem spitzen Gegenstand eingedrückt werden. Das Ergebnis: Wurtzit-Bornitrid ist um 18 Prozent härter als Diamant. Das Material wäre damit für die Materialforschung interessant, da die Substanz an der Luft auch höhere Temperaturen verträgt als Diamant. Denkbar sind Anwendungen als Werkstoff für Hochleistungsbohrer oder als Beschichtung von Raumschiffen.

      Bei ihren Simulationen entdeckten die Forscher sogar eine Verbindung, die offenbar noch unverwüstlicher ist als Wurtzit-Bornitrid: das Mineral Lonsdaleit. Dabei handelt es sich um eine spezielle Diamantform, die entsteht, wenn Graphit extremen Temperaturen und Drücken ausgesetzt wird. Die hexagonale Gitterstruktur bleibt dabei erhalten, weshalb Lonsdaleit auch als hexagonaler Diamant bezeichnet wird. Das Mineral ist nach Angaben der Forscher sogar um 58 Prozent härter als Diamant.

      Beide Stoffe kommen allerdings nur sehr selten vor. Deshalb war bisher auch unbekannt, wie hart sie sind. Lonsdaleit kann entstehen, wenn graphithaltige Meteoriten einschlagen - für Wurtzit-Bornitrid braucht es Vulkanausbrüche mit extremen Temperaturen und hohem Druck. Bevor die Forscher ihre Daten in Experimenten bestätigen können, gilt es also, Methoden zu finden, um die Stoffe in größeren Mengen herzustellen.

      Konkurrenz für Diamanten - Forscher suchen nach ......

      Konkurrenz für Diamanten - Forscher suchen nach extrem harten Stoffen

      Das Mineral Lonsdaleit und die Verbindung Wurtzit-Bornitrid könnten deutlich härter sein als Diamant.

      Das haben Forscher in einer Computersimulation herausgefunden, in der sie das Verhalten der Verbindungen bei starken Belastungen berechneten. Für echte Experimente fehlt bisher noch ein Weg, um die äußerst seltenen Materialien in ausreichender Menge herzustellen. Über die Arbeit von Zicheng Pan der Jiao Tong University in Shanghai berichtet der Onlinedienst des Wissenschaftsmagazins «New Scientist».

      Im Jahr 2005 übertraf eine künstlich erzeugte Kohlenstoffform die Härte von Diamant erstmals knapp. Die Daten aus der Simulation lassen jedoch alles Bekannte weit hinter sich. Die Forscher berechneten, was passiert, wenn die Stoffe mit hoher Kraft von einem spitzen Gegenstand eingedrückt werden. Das Ergebnis: Wurtzit-Bornitrid ist um 18 Prozent härter als Diamant, Lonsdaleit sogar um 58 Prozent. Vor allem Wurtzit-Bornitrid wäre damit für die Materialforschung interessant, da es an der Luft auch höhere Temperaturen verträgt als Diamant. Denkbar sind Anwendungen als Werkstoff für Hochleistungsbohrer oder als Beschichtung von Raumschiffen.

      Die Stoffe kommen allerdings nur sehr selten vor. Das ist auch der Grund, dass bisher unbekannt war, wie hart sie sind. Lonsdaleit kann entstehen, wenn graphithaltige Meteoriten einschlagen - für Wurtzit-Bornitrid braucht es Vulkanausbrüche mit extremen Temperaturen und hohem Druck. Bevor die Forscher ihre Daten in Experimenten bestätigen können, gilt es also, Methoden zu finden, um die Stoffe in größeren Mengen herzustellen.

      Forscher finden Naturgestein, das noch härter .....

      Forscher finden Naturgestein, das noch härter als Diamant ist

      Diamanten bleiben zwar der Frauen Lieblinge, doch sie sind nicht mehr das härteste Naturgestein der Erde. Lonsdaleite heisst das neu entdeckte und sehr seltene Material, das die Diamenten vom Podest verdrängt hat.

      Wissenschafter der Universitäten von Nevada und Shanghai haben im Februar 2009 gleichzeitig vermeldet, dass eine sehr seltene Substanz mit dem Namen Lonsdaleite laut Simulationen um ca. 58 Prozent härter ist als der Diamant. Zwar besteht Lonsdaleite auch aus Kohlenstoff-Atomen; dessen Struktur unterscheidet sich aber von der der Diamanten.

      Das neu entdeckte Material ist selten. Es wird gebildet, wenn grafithaltige Meteoriten unter hohem Druck und hoher Temperatur die Erde treffen. Sein seltenes Vorkommen macht es schwierig, das Material aufwendig zu testen.

      Härter als Diamant

      Härter als Diamant

      Eine theoretische Arbeit zeigt, dass reines Wurtzit-Bornitrid unter hohem Druck eine höhere Eindringhärte als Diamant aufweist. Die beteiligten Wissenschaftler gehen zudem davon aus, dass Lonsdaleit - auch als hexagonaler Diamant bekannt - unter diesen Umständen ebenfalls deutlich härter ist. Derart harte Materialien könnten etwa in Schneid- und Bohrwerkzeuge eingesetzt werden, aber auch als beständige Beschichtungen für allerlei Anwendungen von der Elektronik bis hin zur Raumfahrttechnik.

      Zicheng Pan von der Shanghai Jiao Tong University und seine Kollegen konzentrierten sich in ihren Berechnungen auf die Kristallstruktur des Minerals Wurzits, einer Form des Zinksulfids, bei verschiedenen Belastungen. Dabei zeigte sich, dass das Material unter hohem Druck einen Phasenübergang vollzieht, bei dem das Kristallvolumen zwar erhalten bleibt, aber atomare Bindungen umklappen. Die neue Struktur weist im Vergleich zu vorher eine um nahezu 80 Prozent erhöhte Eindringhärte auf, berichten die Wissenschaftler, und eine rund ein Fünftel höhere als Diamant. Diese Größe gibt an, wie stark sich der Körper bei Eindrücken durch eine Last verformt.

      Die Forscher erweiterten ihre Theorie auch auf das natürlich vorkommende Material Lonsdaleit und glauben, dass dieses unter Druck eines Eindringkörpers ein noch stärkeres Kristallgitter bildet. Es soll sogar eine um 58 Prozent höhere plastische Härte aufweisen als ein Diamant unter denselben Bedingungen. Die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen in Lonsdaleit sind stärker als die Bor-Stickstoff-Verbindungen in Wurtzit-Bornitrid, erklären Pan und sein Team die weitere Steigerung.

      Leider nur kommt Lonsdaleit nur sehr selten in der Natur vor, da zu seiner Bildung enorme Temperaturen und Drücke erforderlich sind. So findet er sich nur in Meteoritenkratern, wie Tunguska in Russland und dem Rieskrater in Süddeutschland. Zwar ist es möglich, sowohl Lonsdaleit als auch Wurtzit-Bornitrid synthetisch herzustellen, doch erzeugen die aufwendigen Verfahren bisher nur kleine Mengen.

      Bei der Eindringhärte war der Diamant lange der absolute Sieger: Ritzt man mit ihm über ein anderes Material, hinterlässt er deutliche Spuren. Im Jahr 2007 entwickelten Forscher dann einen Verbundstoff, der den gleichen Grad an Härte zeigte. Von den enthaltenen Mineralien konnte es allerdings nur Wurtzit-Bornitrid an Härte mit dem Edelstein aufnehmen. So mutmaßten die Wissenschaftler, dass dieser Stoff möglicherweise den Diamanten überbieten könnte.