Diamanten gelten als besonders wertvoll, doch es gibt auch praktische Anwendungsmöglichkeiten (Quelle: stock.adobe.com - Jason Henry)

Schon seit jeher stehen Diamanten für Reichtum und werden oft als Symbol der Liebe in teurem Schmuck verarbeitet.

Doch nicht nur in der Liebe scheint der Funke dank eines Diamanten überzuschlagen. Chinesische Wissenschaftler haben aus Diamanten einen elektrischen Halbleiter entwickelt.

Dieser Diamanten-Mix weist laut den Forschern die höchste Leitfähigkeit auf

Einigen Forschern von Instituten wie der Zhengzhou-Universität, der Henan-Akademie der Wissenschaften, der Ningbo-Universität und der Jilin-Universität ist es gelungen, ein Material aus Diamanten zu entwickeln, welches Elektrizität sehr gut leitet. Die Forscher veröffentlichten diese Ergebnisse in einer Studie am 20. Februar 2024.

Normale Diamanten sind nicht leitfähig. Wie kann es also sein, dass die Diamanten der Forscher Strom leiten? Dazu bedienten sie sich mehrerer Tricks - neben künstlichen Diamanten vor allem dem Material Graphen.

Diamanten aus dem Labor: Durch die enormen Preise von natürlichen Diamanten stellt China schon seit längerem künstliche Synthetik-Diamanten im Labor her. China ist aktuell der weltweit größte Produzent dieser Synthetik-Steine.

So funktionierts: Für die Herstellung synthetischer Diamanten werden Techniken wie Hochdruck und Hochtemperatur (HPHT) oder Kohlenstoffbedampfung (carbon vapor deposition = CVD) verwendet.

Am Ende entsteht dabei ein Diamant, der immer noch nicht leitfähig ist. Allerdings hat er einen entscheidenden Vorteil: Er ist deutlich günstiger. Hier kommt der zweite Trick ins Spiel:

Der Clou der Forscher: Sie verbinden ihre künstlichen Diamanten mit einer weiteren Form des Kohlenstoffs. Es ist ein Material, über das wir in der Vergangenheit schon mehrfach berichtet haben - nämlich Graphen.

Als Grundlage verwenden die Forscher kleine Nanodiamanten, die bei 1.500 Grad Celsius und 12 Gigapascal (GPa) Druck mit einer Graphen-Schicht verbunden werden.

Daraus entsteht ein stabiler und sehr leitfähiger Verbundwerkstoff aus Graphen und Diamant. Die Forscher schreiben dazu:

Die Diamant-Verbundwerkstoffe, die aus miteinander verbundenen Diamant-Nanokörnern und Graphen-Einheiten mit wenigen Schichten bestehen, weisen die höchste jemals gemeldete elektrische Leitfähigkeit und eine ausgezeichnete Härte/Zähigkeit auf.

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Aussehen und Einsatzmöglichkeiten dieser leitenden Diamanten

Laut dem Magazin InterestingEngineering sind diese Verbunddiamanten keine hübschen Schmuckdiamanten, sondern sehen stumpf und schwarz aus. Ihre Größe betrug laut den Forschern etwa 13 mm.

Das Ergebnis der Forscher in Zahlen:

elektrische Leitfähigkeit: 2,0 ×¹⁰⁴ S ^m-1 bei Raumtemperatur
Vickers-Härte von bis zu ~55,8 GPa
Zähigkeit von 10,8 bis 19,8 MPa ^m1/2

Die Wissenschaftler sind vom Nutzen der Diamanten in der Wirtschaft überzeugt:

Unsere Ergebnisse ebnen den Weg für die Herstellung leitfähiger und superharter großformatiger Diamantmaterialien unter einfachen, synthetischen Bedingungen, was ihre praktische Nutzung in industriellen Anwendungen erleichtert.

InterestingEngineering geht davon aus, dass das Material wegen seiner hohen Belastbarkeit zum Beispiel in der Luft- und Raumfahrttechnik eingesetzt werden könnte.