Neue Methode entwickelt, synthetisiert Diamanten in nur 15 Minuten

Synthetische Diamanten sind schon lange üblich, sie werden auch für Schmuck und diverse industrielle Anwendungen eingesetzt. Das ist aber einigermaßen aufwendig und dauert lange. Ein neues Verfahren kürzt und vereinfacht den Vorgang signifikant (hat jedoch auch Abers).

Künstliche Diamanten sind möglich, aber aufwendig

Kohlenstoff plus hoher Druck und hohe Temperatur (HPHT) und chemische Gasphasenabscheidung (CVD): Das sind die beiden derzeit gängigen Methoden, um künstliche Diamanten herzustellen, wobei HPHT auf einen Anteil von etwa 99 Prozent kommt. Diese Methoden sind aber mit viel Aufwand verbunden und dauern auch lange, in der Regel mehrere Wochen oder Monate.

Bei HPHT sind nicht nur eine Temperatur von rund 1500 Grad Celsius sowie ein Druck von 70 bar erforderlich, man benötigt auch einen sogenannten Diamantsamen oder Startdiamanten. CVD eliminiert zwar einige Voraussetzungen wie den hohen Druck, andere aber bleiben bestehen, darunter die Notwendigkeit zu einem Ausgangsdiamanten. Die Diamanten des Institute for Basic Science Ein neues Verfahren eliminiert aber gleich mehrere Nachteile der bereits erwähnten Syntheseprozesse. Ein vom US-amerikanischen Chemiker Rodney S. Ruoff angeführtes Team des südkoreanischen Institute for Basic Science hat nun im Fachmagazin Nature eine Studie veröffentlicht, die die Synthese wesentlich vereinfacht und verbessert.

"Seit über einem Jahrzehnt denke ich über neue Wege nach, um Diamanten zu züchten, weil ich dachte, dass es möglich sein könnte, dies auf unerwartete Art und Weise zu erreichen (nach "konventionellem" Denken)", erklärte Ruoff gegenüber Live Science.

Gallium, Methan und Silizium

Das neue Verfahren arbeitet mit Gallium, das hängt mit dessen Fähigkeit zusammen, dass es die Bildung von Graphen aus Methan katalysieren kann. Graphen ist mit Diamanten verwandt, denn auch dabei handelt es sich um reinen Kohlenstoff, dieser ist allerdings in einer Schicht angeordnet, während es bei Diamanten zu einer tetraedrischen Ausrichtung kommt.


Die Forscher bauten in weiterer Folge eine Kammer mit einem Schmelztiegel, die mit atmosphärischem Druck auf Meereshöhe arbeitet und mit superheißem, kohlenstoffreichem Methangas gespült werden kann. Die Vorbereitung eines einzelnen Experiments dauert hier nur wenige Minuten, es können also viele Versuche mit verschiedenen Konzentrationen von Metallen und Gasen durchgeführt werden.

Das ermöglichte es den Wissenschaftlern, eine Gallium-Nickel-Eisen-Mischung zu entwickeln, der "eine Prise" Silizium zugesetzt wird, mit der man ein optimales Wachstum von Diamanten erreicht. Auf diese Weise konnte man bereits nach 15 Minuten Diamanten gewinnen, innerhalb von etwa zweieinhalb Stunden bildete sich dann ein vollständiger Diamantfilm.

Unklares Wie

Ganz verstehen die Forscher diesen Mechanismus bislang nicht, der zur Bildung der Diamanten führt, sie vermuten aber, dass das mit einem Temperaturabfall und dem Kohlenstoff aus dem Methan zusammenhängt. Als "Keim" dürfte das Silizium dienen. Freilich hat auch dieses Verfahren seine Nachteile, denn die so gewonnen Diamanten sind winzig.

Es ist allerdings denkbar, dass man diesen Prozess verbessern kann, u. a. durch eine Erhöhung der Temperatur: "In ein oder zwei Jahren hat die Welt vielleicht ein klareres Bild von den möglichen wirtschaftlichen Auswirkungen", sagte Ruoff dazu.


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