Forscher in Australien haben entdeckt, dass eine Diamantart namens Lonsdaleit unabhängig von normalen Diamanten in einer seltenen Meteoritenart existieren kann. Das Team, angeführt von Andy Tomkins an der Monash University, machte die Entdeckung mithilfe von Elektronenmikroskopie, um die härtere Form von Diamanten in alten Meteoriten zu identifizieren. Das Team umfasst auch Forscher der RMIT University, und ihre Ergebnisse liefern starke Beweise dafür, wie sich diese Form von Diamanten in der Natur bilden und möglicherweise sogar für industrielle Anwendungen geschaffen werden kann.
Ureilite sind eine seltene Art von Meteoriten, die wahrscheinlich aus dem Mantel eines alten Zwergplaneten entstanden sind, der einst im inneren Sonnensystem existierte. Wissenschaftler glauben, dass dieser Planet kurz nach seiner Entstehung durch einen kolossalen Asteroideneinschlag zerstört wurde. Ureilite enthalten eine große Fülle von Diamanten und sind auch dafür bekannt, eine Form von Diamant namens Lonsdaleit zu enthalten – die härter als normaler Diamant sein könnte.
Die in Schmuck und Industriewerkzeugen vorkommenden Diamanten bestehen aus Kohlenstoffatomen, die in einer Art Würfelgitter angeordnet sind. Beim Lonsdaleit hingegen sind die Kohlenstoffatome in einer Art hexagonalem Gitter angeordnet. Das Material ist nach dem britischen Kristallographen benannt Kathleen Lonsdale – die als erste Frau zum Fellow der Royal Society gewählt wurde und eine Pionierin bei der Verwendung von Röntgenstrahlen zur Untersuchung von Kristallen war.
Diskreter Stoff
Obwohl es bei hohem Druck synthetisiert werden kann, hatten Forscher gedacht, dass Lonsdaleit in der Natur nur als Defekt von regulärem Diamant existieren kann und nicht als eigenständiges Material. Um diese Theorie zu testen, analysierte das Team von Tomkins die Kristallstrukturen von Ureilit-Proben mit Elektronenmikroskopie. Ihr Ziel war es, die relative Verteilung von Lonsdaleit, Diamant und Graphit, die sie enthielten, zu kartieren. Ihre Ergebnisse zeigten zum ersten Mal, dass Lonsdaleit-Kristalle tatsächlich als diskretes Material existieren können – typischerweise in Form von mikrometergroßen Körnern, durchsetzt mit Adern aus Diamant und Graphit.
Härter als Diamant?
Die Beobachtungen des Teams liefern den ersten starken Beweis dafür, wie sich diese drei verschiedenen Kohlenstoffphasen in Ureiliten gebildet haben. Basierend auf ihren Ergebnissen schlagen Tomkins und Kollegen vor, dass sich Lonsdaleit wahrscheinlich aus grobkristallinem Graphit gebildet hat, als das Material nach der Zerstörung des Ureilit-bildenden Zwergplaneten schnell abgekühlt und dekomprimiert wurde.
Diese Reaktion wurde durch das Vorhandensein eines überkritischen Fluids ermöglicht (in dem keine getrennten Flüssigkeits- und Gasphasen existieren), das eine Vielzahl von Kohlenstoff-, Wasserstoff-, Sauerstoff- und Schwefelverbindungen enthält. Als dieser Prozess fortgesetzt wurde, vermuten die Forscher, dass ein Großteil dieses Lonsdaleits in Diamant und dann wieder in Graphit umgewandelt worden wäre.
Das Team von Tomkins zieht auch Parallelen zwischen diesem Prozess und der industriellen chemischen Gasphasenabscheidung – wo verdampfte Vorläufer auf den Oberflächen von festen Substraten reagieren, um dünne, feste Filme zu erzeugen. Indem sie diesen Prozess im Labor nachahmen, hoffen sie, dass ihre Erkenntnisse den Weg für neue Techniken zur Herstellung von Lonsdaleite ebnen könnten – die normalen Diamanten in industriellen Anwendungen ersetzen könnten, die die härtesten verfügbaren Materialien erfordern.
Die Forschung ist beschrieben in Proceedings of the National Academy of Sciences.
