Superharte Materialien mit unzerstörbaren Eigenschaften und hoher Energiedichte

Synthese von Kohlenstoffnitriden

Die Forscher, angeführt vom Center for Science at Extreme Conditions an der Universität Edinburgh, haben über drei Jahrzehnte lang an diesem Durchbruch gearbeitet. Sie konnten erfolgreich Kohlenstoff- und Stickstoffvorläufer kombinieren, um Kohlenstoffnitride zu synthetisieren, die härter sind als kubisches Bornitrid - das derzeit zweithärteste Material nach Diamant.

Die Entdeckung dieser neuen Kohlenstoffnitrid-Materialien hat die wissenschaftliche Gemeinschaft gleichermaßen überrascht und erfreut. Dominique Laniel von der Universität Edinburgh äußerte sich dazu: "Nach der Entdeckung dieser neuen Kohlenstoffnitrid-Materialien konnten wir kaum glauben, dass wir Materialien hergestellt haben, von denen Wissenschaftler in den letzten drei Jahrzehnten geträumt haben. Diese Materialien schaffen einen starken Anreiz, die Kluft zwischen der Hochdruck-Materialsynthese und industriellen Anwendungen zu überbrücken."

Die Bedeutung von Kohlenstoffnitriden in der Materialwissenschaft wurde bereits in den 1980er Jahren erkannt, aber ihre Herstellung war eine große Herausforderung. Bis zu diesem Durchbruch gab es keine zuverlässigen Studien zur Synthese von Kohlenstoffnitriden. Die Forscher haben verschiedene Formen von Kohlenstoff-Stickstoff-Vorläufern hohem Druck ausgesetzt und gleichzeitig auf über 1.500 °C erhitzt, um die Synthese zu erreichen. Die atomare Anordnung wurde dann mittels Röntgenstrahlung an Einrichtungen in Frankreich, Deutschland und den USA untersucht.

Anwendungen und Eigenschaften

Die Analyse ergab, dass drei der synthetisierten Kohlenstoffnitrid-Verbindungen die erforderlichen Strukturen für das superharte Material aufweisen. Die Wissenschaftler waren angenehm überrascht zu sehen, dass diese Verbindungen auch bei Umgebungsdruck ihre ultra-harten Eigenschaften beibehielten. Diese Durchbruch eröffnet eine Vielzahl von Anwendungen, darunter Schutzbeschichtungen für Fahrzeuge und Raumfahrzeuge, leistungsstarke Schneidwerkzeuge und Fotodetektoren.

Darüber hinaus weisen die neuen Kohlenstoffnitride Photolumineszenz, piezoelektrische und hohe Energiedichte-Eigenschaften auf und können eine große Menge Energie in einer kleinen Masse speichern. Die Forscher sind davon überzeugt, dass diese Materialien die Tür zu neuen Möglichkeiten auf diesem Gebiet öffnen werden.

Zusammenfassend
Insgesamt zeigt dieser Durchbruch in der Materialforschung, dass die synthetisierten Kohlenstoffnitride nicht nur extrem hart, sondern auch vielseitig einsetzbar sind und Eigenschaften mit hoher Energiedichte aufweisen. Die Potenziale dieser Supermaterialien sind noch nicht vollständig absehbar, aber die Forscher sind zuversichtlich, dass sie in Zukunft in verschiedenen Bereichen bahnbrechende Anwendungen finden werden. Dieser Fortschritt markiert einen Meilenstein in der Materialforschung und eröffnet neue Horizonte für die Entwicklung von Materialien mit außergewöhnlichen Eigenschaften.

Quelle: Synthesis of Ultra-Incompressible and Recoverable Carbon Nitrides Featuring CN4 Tetrahedra, DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202308030