Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Lonsdaleit – ein Phantom der Materialwissenschaft und Planetenforschung?

24.11.2014

Neue Forschungsarbeiten identifizieren ungewöhnliche Strukturdefekte in Diamanten

Als vor rund 50.000 Jahren der Meteorit Canyon Diablo in der Wüste von Arizona / USA aufschlug, hinterließ er einen riesigen Krater, der heute nicht nur eine Touristenattraktion darstellt, sondern auch für die Materialforschung von großem Interesse ist.


Der Barringer-Krater in Arizona / USA, der beim Einschlag des Meteoriten Canyon Diablo entstand.

Foto: D. Roddy, U.S. Geological Survey.

Seit nahezu 50 Jahren wird allgemein angenommen, dass Teile des Meteoritengesteins durch den schockartigen Aufprall in ein extrem hartes Mineral umgewandelt worden seien, das auf der Erde nur sehr selten vorkommt. Dieses Mineral bestehe aus Kohlenstoff und besitze eine ungewöhnliche hexagonale Kristallstruktur. Zu Ehren der irischen Kristallografin Kathleen Lonsdale erhielt es den Namen Lonsdaleit.

Ein internationales Forschungsteam, an dem Prof. Dr. Natalia Dubrovinskaia und Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky von der Universität Bayreuth maßgeblich mitgearbeitet haben, hat sich jetzt erneut mit dem Gestein des Meteoriten Canyon Diablo befasst.

Die im Forschungsmagazin „Nature Communications“ veröffentlichten Ergebnisse stellen infrage, was bisher als selbstverständlich galt: nämlich dass das Mineral namens „Lonsdaleit“ aufgrund seiner speziellen Kristallstruktur mit keinem anderen bekannten Mineral identisch sei und daher den Status eines eigenständigen, distinkten Materials habe. Doch im Licht der neuen Erkenntnisse spricht viel für die Annahme, dass es sich bei Lonsdaleit in Wirklichkeit um Diamant mit einer verzerrten Struktur handelt.

Im Bayerischen Geoinstitut, einem Forschungszentrum der Universität Bayreuth, wurden
bei hohen Drücken und Temperaturen derartige mikrokristalline Diamanten erzeugt. Sie besitzen auffällige Eigenschaften, wie beispielsweise eine extreme Härte und eine außerordentliche Wärmeleitfähigkeit.

Dies sind Eigenschaften, die in der bisherigen Forschung dem Mineral namens „Lonsdaleit“ zugeschrieben wurden. Dabei lassen Untersuchungen mit dem Rastertransmissionselektronenmikroskop (RTEM) die in mehrfacher Hinsicht gestörte kubische Kristallstruktur klar erkennen.

Bei vergleichenden Untersuchungen an Gesteinsproben, die aus dem Meteoriten Canyon Diablo stammen, stellte sich nun heraus, dass hier die Annahme einer hexagonalen Kristallstruktur keineswegs zwingend ist. Zwar hatte man bislang aufgrund ungewöhnlicher Beugungsmuster auf eine derartige Struktur geschlossen.

Doch die Beugungsphänomene lassen sich auch anders erklären – nämlich mit erheblichen Störungen innerhalb einer kubischen Kristallstruktur. In der Kristallforschung werden diese Defekte als Kristallstapelfehler und multiple Kristallzwillinge bezeichnet.

Die neue Studie legt daher die Schlussfolgerung nahe, dass es sich bei „Lonsdaleit“ um Diamant mit einer derartigen defekten Struktur handelt. „Dieses Fazit drängt sich auch im Rückblick auf die bisherige Forschungsgeschichte auf“, erklärt Prof. Dubrovinskaia.

„In den vergangenen 50 Jahren sind alle Versuche gescheitert, das Mineral Lonsdaleit aus Meteoriten- oder Kratergestein zu isolieren oder es als separates Material mit hexagonaler Struktur im Labor zu synthetisieren“, erklärt Prof. Dubrovinskaia. Die Bayreuther Wissenschaftlerin verweist in diesem Zusammenhang auf ein weiteres Forschungsergebnis:

Die durch hohe Drücke und Temperaturen bewirkte Umwandlung von Graphit zu Diamant lässt sich wissenschaftlich beschreiben, ohne dass man dabei ein Zwischenprodukt mit hexagonalen Kristallstrukturen annehmen müsste.

Die Suche nach einem von allen bekannten Mineralien distinkten Material namens „Lonsdaleit“ war vor allem durch die ungewöhnlichen Eigenschaften motiviert, die man sich von diesem Material versprochen hat. Es schien ein Mineral mit interessanten technologischen Anwendungspotenzialen zu sein.

Handelt es sich also um einen Verlust für die Materialforschung, wenn es stimmt, dass die Suche prinzipiell zum Scheitern verurteilt ist? Die in „Nature Communications“ veröffentlichten Ergebnisse bieten keinen Anlass zur Resignation.

Denn die Experimente im Bayreuther Hochdrucklabor, die zur „Enttarnung“ des Lonsdaleit geführt haben, zeigen: Hochleistungsfähige Technologien ermöglichen die Synthese von polykristallinen und nanokristallinen Diamanten, deren Eigenschaften im Hinblick auf industrielle Anwendungspotenziale mindestens ebenso attraktiv sind wie die Eigenschaften, die man bislang einem vermeintlich distinkten Mineral namens „Lonsdaleit“ zugeschrieben hat.

Veröffentlichung:

Péter Németh, Laurence A. J. Garvie, Toshihiro Aoki, Natalia Dubrovinskaia, Leonid Dubrovinsky and Peter R. Buseck,
Lonsdaleite is faulted and twinned cubic diamond and does not exist as a discrete material
Nature Communications 5, Article number: 5447, Published 20 November 2014
doi:10.1038/ncomms6447


Ansprechpartner:

Prof. Dr. Natalia Dubrovinskaia
Laboratorium für Kristallographie
Universität Bayreuth
D-95440 Bayreuth
Telefon: +49 (0)921-55 3880 oder 3881
Natalia.Dubrovinskaia@uni-bayreuth.de


Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky
Bayerisches Geoinstitut (BGI)
Universität Bayreuth
D-95440 Bayreuth
Telefon: +49 (0)921-55 3736 oder 3707
Leonid.Dubrovinsky@uni-bayreuth.de

Christian Wißler | Universität Bayreuth
Weitere Informationen:
http://www.uni-bayreuth.de/presse/Aktuelle-Infos/2014/214-Lonsdaleit.pdf

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Kampf dem Plastik mit Verpackungen aus Seetang
15.12.2017 | Australisch-Neuseeländischer Hochschulverbund / Institut Ranke-Heinemann

nachricht Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung
14.12.2017 | Universität Bayreuth

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Im Focus: First-of-its-kind chemical oscillator offers new level of molecular control

DNA molecules that follow specific instructions could offer more precise molecular control of synthetic chemical systems, a discovery that opens the door for engineers to create molecular machines with new and complex behaviors.

Researchers have created chemical amplifiers and a chemical oscillator using a systematic method that has the potential to embed sophisticated circuit...

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Call for Contributions: Tagung „Lehren und Lernen mit digitalen Medien“

15.12.2017 | Veranstaltungen

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltrekord: Jülicher Forscher simulieren Quantencomputer mit 46 Qubits

15.12.2017 | Informationstechnologie

Wackelpudding mit Gedächtnis – Verlaufsvorhersage für handelsübliche Lacke

15.12.2017 | Verfahrenstechnologie

Forscher vereinfachen Installation und Programmierung von Robotersystemen

15.12.2017 | Energie und Elektrotechnik