Ein Team deutscher Forscher hat es geschafft, rund 10 Billionen Nanodiamanten pro Laserschuss eines leistungsstarken Lasers gegen eine dünne PET-Folie aus Kunststoff herzustellen. Der Durchbruch, entwickelt von Wissenschaftlern des Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf und der Universität Rostock, ermöglicht es, mikroskopische Kristalle mit möglichen technologischen und wissenschaftlichen Anwendungen zu gewinnen.
Einer der wichtigsten Erfolge des Experiments besteht darin, die intakten Partikel nach ihrer Bildung zu analysieren. Obwohl das Verfahren sich noch in einer experimentellen Phase befindet und nicht erlaubt, größere Materialmengen herzustellen, eröffnen die Ergebnisse neue Möglichkeiten, die Herstellung von Nanodiamanten durch Laserimpulse zu untersuchen.
Wie gelingt es, das Plastik in Nanodiamanten zu verwandeln?
Die Forschung begann mit der Untersuchung der extremen Bedingungen, die im Inneren von Uranus und Neptun herrschen, wo hohe Drücke und Temperaturen die Bildung von Diamanten aus Kohlenstoff begünstigen können. Indem man ähnliche Phänomene im Labor repliziert, stellten die Wissenschaftler fest, dass dieses das im Kunststoff vorhandene Element Kohlenstoff sich reorganisieren kann, um winzige Kristalle zu bilden.
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Für das Verfahren verwendeten sie eine PET-Folie von nur 100 Mikrometern Dicke, auf die sie Lichtimpulse hoher Leistung abfeuerten. Jeder Aufprall erzeugte eine Druckwelle, die das Material komprimierte und zur Bildung von Nanodiamanten führte. Das Team konnte unter den Versuchsbedingungen etwa drei Schüsse pro Minute ausführen.
Die Herausforderung, die Diamanten zu bergen, und deren mögliche Anwendungen
Das Haupthindernis trat nach der Bildung der Kristalle auf, die mit Geschwindigkeiten von über 10 Kilometern pro Sekunde davonflogen. Um zu verhindern, dass sie beim Aufprall auf eine harte Oberfläche zerbrechen, verwendeten die Wissenschaftler ein weiches Gel, das den Aufprall dämpfte und anschließend mit Wasser aufgelöst werden konnte, um die Partikel zu bergen.
Nach etwa 100 Schüssen erhielt das Team mehrere hundert Mikrogramm Material. Die Analysen mittels Elektronenmikroskopie zeigten, dass die Kristalle einen durchschnittlichen Durchmesser von drei Nanometern hatten und etwa 3.000 Kohlenstoffatome je Kristall enthielten. Zu ihren möglichen Anwendungen zählen Sensoren, bestimmte chemische Reaktionen und zukünftige Techniken der medizinischen Bildgebung, wobei es noch notwendig sein wird, die Produktion zu verbessern, um eine Nutzung im größeren Maßstab zu bewerten.
