Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kohlenstofffreies Material so hart wie Diamant

12.03.2007
Auch Bayreuther Zukunftsentwicklung

Kann kohlenstofffreies Material so hart wie Diamant sein? Diese Frage konnte im Verlauf experimenteller Arbeiten von einer deutsch-französischen Forschergruppe unter der Leitung von Dr. Natalia Dubrovinskaia positiv beantwortet werden.

Die Gruppe, zu der Mitarbeiter des Bayerischen Geoinstituts der Universität Bayreuth gehören, zeigte, dass die mechanischen Eigenschaften polykristalliner Materialien wesentlich verbessert werden können, wenn die Korngröße des Werkstoffs auf den Nanobereich verkleinert wird.

Bayreuth (UBT). Kann kohlenstofffreies Material so hart wie Diamant sein? Diese Frage konnte im Verlauf experimenteller Arbeiten von einer deutsch-französischen Forschergruppe unter der Leitung von Dr. Natalia Dubrovinskaia positiv beantwortet werden. Die Gruppe, zu der Mitarbeiter des Bayerischen Geoinstituts der Universität Bayreuth gehören, zeigte, dass die mechanischen Eigenschaften polykristalliner Materialien wesentlich verbessert werden können, wenn die Korngröße des Werkstoffs auf den Nanobereich verkleinert wird.

... mehr zu:
»Diamant »GPa »Härte »Kohlenstofffrei

Harte Werkstoffe erregen die Aufmerksamkeit von Wissenschaftlern, die Strukturen und Bindungseigenschaften dieser Materialien besser verstehen wollen. Die Ursache der hohen Härte, einer mechanischen Stoffeigenschaft, ist immer noch nicht unzweifelhaft geklärt. Andererseits sind derzeit im Handel verfügbare harte Werkstoffe für bestimmte moderne Herausforderungen nicht geeignet, sei es für ultra-tiefe Bohrungen in der Öl- und Bergbauindustrie oder im Bereich der Hochgeschwindigkeits- und Präzisionsbearbeitung harter Legierungen oder von Keramik. Die Entwicklung eines idealen Werkstoffes für die Schneid- und Bohrindustrie, der gleichermaßen hart und zäh ist, stellt immer noch ein notwendiges und aktuelles Forschungsziel der Materialwissenschaften dar.

Als superharte Werkstoffe gelten Materialien mit einer Härte, die zwischen der von kubischem Bornitrid (cBN, Härte Hv ~ 50 GPa) und der von Diamant (Hv ~ 100 GPa), den härtesten bekannten Werkstoffen, liegt. Unter dem Aspekt thermischer Stabilität und Reaktionsresistenz ist cBN dem Diamant überlegen; auch gilt cBN als das "Super"-Schleifmittel zur Bearbeitung harter Eisenstähle. Dennoch kann cBN aufgrund seiner um 50 % geringeren Härte Diamant nicht vollständig ersetzen. In Wissenschaft und Industrie konzentrieren sich zahlreiche Untersuchungen auf die Synthese superharter Phasen im ternären System Bor-Kohlenstoff-Stickstoff (B-C-N) als dünne Oberflächenfilme oder als formloses Material, um diese "Härtelücke" zu schließen.

In einem gerade im renommierten Fachmagazin Applied Physics Letters veröffentlichten Artikel konnten Wissenschaftler aus Deutschland und Frankreich gemeinsam zeigen, dass die über 50 GPa bestehende Härtelücke zwischen kubischem Bornitrid und Diamant durch B-N-Verbundwerkstoffe geschlossen werden kann. Deren Eigenschaften lassen sich über die Korngrößen und Strukturveränderungen der beteiligten Komponenten steuern und optimieren. Die Forscher berichten über die Synthese einzigartiger superharter Nano-Verbundwerkstoffe aus B-N unter Hochdruck- und Hochtemperaturbedingungen.

Die Verbundmaterialien (ABNNCs- aggregated boron nitride nanocomposites) bestehen aus kummulierten Nanopartikeln zweier dichter Bornitrid-Phasen, die eine maximale Härte von 85 GPa aufweisen. Als Ursache dieses einzigartigen Phänomens sehen die Wissenschaftler eine Kombination aus Nano-Massstab und eingeschränkten Quanteneffekten, was zu einer höheren Härte des neuen Stoffes führt, als nach dem "Hall-Petch-Effekt" zu erwarten gewesen wäre.

Für das neue Synthesekonzept und wegen des Bedarfs an weiteren Kenntnissen über die Synergie der beiden Erhöhungseffekte sowie über die Beziehungen zwischen Mikro- (bzw. Nano-) Struktur und Härte muss man zur Entwicklung superharter Werkstoffe in der Forschung wohl neue Wege begehen. ABNNC stellt die erste kohlenstofffreie Substanz dar, die in der Härte mit einkristallinem und poly-kristallinem Diamant sowie mit aggregierten Diamant-Nanostäbchen vergleichbar wird.

Quellenangabe
Natalia Dubrovinskaia, Vladimir L. Solozhenko, Nobuyoshi Miyajima, Vladimir Dmitriev, Olexandr O. Kurakevych, Leonid Dubrovinsky. Superhard nanocomposite of dense polymorphs of boron nitride: noncarbon material has reached diamond hardness. Applied Physics Letters 90, 1 (2007).

Jürgen Abel | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-bayreuth.de/

Weitere Berichte zu: Diamant GPa Härte Kohlenstofffrei

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Hält die Klebung?
29.05.2017 | Technische Hochschule Mittelhessen

nachricht Wussten Sie, dass Verpackungen durch Flash Systeme intelligent werden?
23.05.2017 | Heraeus Noblelight GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Neue Methode für die Datenübertragung mit Licht

Der steigende Bedarf an schneller, leistungsfähiger Datenübertragung erfordert die Entwicklung neuer Verfahren zur verlustarmen und störungsfreien Übermittlung von optischen Informationssignalen. Wissenschaftler der Universität Johannesburg, des Instituts für Angewandte Optik der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) präsentieren im Fachblatt „Journal of Optics“ eine neue Möglichkeit, glasfaserbasierte und kabellose optische Datenübertragung effizient miteinander zu verbinden.

Dank des Internets können wir in Sekundenbruchteilen mit Menschen rund um den Globus in Kontakt treten. Damit die Kommunikation reibungslos funktioniert,...

Im Focus: Strathclyde-led research develops world's highest gain high-power laser amplifier

The world's highest gain high power laser amplifier - by many orders of magnitude - has been developed in research led at the University of Strathclyde.

The researchers demonstrated the feasibility of using plasma to amplify short laser pulses of picojoule-level energy up to 100 millijoules, which is a 'gain'...

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Lebensdauer alternder Brücken - prüfen und vorausschauen

29.05.2017 | Veranstaltungen

49. eucen-Konferenz zum Thema Lebenslanges Lernen an Universitäten

29.05.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz an der Schnittstelle von Literatur, Kultur und Wirtschaft

29.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Latest News

New insights into the ancestors of all complex life

29.05.2017 | Earth Sciences

New photocatalyst speeds up the conversion of carbon dioxide into chemical resources

29.05.2017 | Life Sciences

NASA's SDO sees partial eclipse in space

29.05.2017 | Physics and Astronomy