Thermometer aus Diamant

Mit Wärmekameras und Licht aussendenden Sonden lassen sich Temperaturen in Brennkammern oder chemischen Reaktoren kontaktfrei messen. Forscher aus Frankreich wollen nun Genauigkeit wie auch Schnelligkeit solcher Messungen mit winzigen Diamanten weiter steigern. Wie sie in der Fachzeitschrift „Applied Physics Letters“ berichten, konnten filigrane Diamantkörnchen als Thermosonden über einen mehrere hundert Grad weiten Temperaturbereich genutzt werden.

Schematische Abbildung von drei Diamanten, die nebeneinander liegen. Von jedem geht eine Linie nach rechts oben. Darunter ist ein Balken mit unterschiedlichen Farben und es steht „Temperature" im Bild.
Diamant-Thermosonde

„Unser Ansatz hat das Potenzial für sehr schnelle Temperaturmessungen“, schreiben Estelle Homeyer und ihre Kollegen von der Universität Lyon in Villeurbanne. Dazu setzten sie wenige millionstel Meter kleine Mikrodiamanten mit geringen Verunreinigungen aus Nickel auf eine Siliziumunterlage. Die Mikrodiamanten regten sie danach in einer Versuchskammer mit sehr kurzen, blauen Laserpulsen an. Die Partikel reagierten sehr schnell und sendeten ein grünes Lumineszenz-Licht aus. Doch die Dauer dieser Lichtemission hing sehr stark von der Umgebungstemperatur ab.

Homeyer und Kollegen konnten nun bestimmen, wie genau die Dauer der Lichtemission mit steigender Temperatur abnahm. So ließen sich Temperaturen zwischen minus 200 Grad und plus 600 Grad Celsius auf etwa ein Grad genau messen. Dabei reagierten die Mikrodiamanten binnen weniger Mikrosekunden auf das anregende Laserlicht und ermöglichten so sehr schnelle Temperaturmessungen. Die Leistung der Laserpulse war dabei gering genug, um selbst keinen verfälschenden Einfluss auf die Temperatur zu haben.

Diese Messungen zeigen, dass gezielt mit Nickel verunreinigte Mikrodiamanten sehr gut als Temperatursonden für kontaktlose Messungen geeignet sind. Wegen ihrer geringen Größe waren damit auch Temperaturmessungen mit einer Ortsauflösung von wenigen Mikrometern möglich. Dank dieser Vorteile kombiniert mit der Reaktionsschnelligkeit könnten Lumineszenz-Thermometer auf der Basis von Mikrodiamanten in Zukunft genauere Kontrollen etwa von chemischen Reaktionen ermöglichen.