Robuster Werkstoff ist kristallin und amorph zugleich

Argonne (USA) – Völlig widersprüchliche Eigenschaften konnten in einem einzigen Material vereint werden: Geordnet kristallin und zugleich chaotisch amorph ist ein neuer Werkstoff, den Forscher aus Kohlenstoffkäfigen, sogenannten C-60 Fullerenen, erschaffen haben. Extrem hohe Drücke, 320.000 Mal stärker als der normale Luftdruck, waren dazu nötig. Doch einmal gepresst blieb die harte, amorph-kristalline Substanz selbst bei nachlassendem Druck stabil, berichten die Forscher in der Zeitschrift „Science“.

Molekülstruktur, die aus Waben von je seches Kohlenstoffatomen besteht, die einen geschlossenen Ball bilden.
C60-Fulleren

„Wir haben einen neuen Typ eines Kohlenstoffmaterials erschaffen, das sich vergleichbar schwer zusammendrücken lässt wie Diamant“, sagt Lin Wang vom Geophysikalischen Labor der Carnegie Institution im US-amerikanischen Argonne. Gemeinsam mit seinen Kollegen von weiteren US-Universitäten mischten sie ein Pulver aus winzigen Kohlenstoffkäfigen mit dem Lösungsmittel Xylol. In einer Diamantpresszelle drückten sie dieses Gemisch mit extrem hohen Drücken zusammen.

Ab einer Belastung von über 32 Gigapascal zerbrachen die geordnet aufgebauten C-60-Käfige in kleinere Einheiten. Dank des Lösungsmittels verharrten die Kohlenstoffatome jedoch weitgehend an ihrer ursprünglichen Position. So war der neue Werkstoff im Detail zwar ungeordnet amorph, über weitere Entfernungen aber weiterhin geordnet kristallin aufgebaut. Genau diese sehr ungewöhnliche Kombination machen Wang und Kollegen für die große Härte des Materials verantwortlich, die auch ohne äußeren Druck bei Normalbedingungen erhalten blieb.

Da das Material auch unter Normalbedingungen existieren kann, könnte es für viele praktische Anwendungen genutzt werden. Harte, nicht komprimierbare Werkstoffe aus günstigen Ausgangssubstanzen könnten so für zahlreiche Werkzeuge zur Bearbeitung etwas weniger widerstandsfähiger Materialien wie Metalle oder bestimmte Kristalle in der Industrie eingesetzt werden.