Q-Carbon: Neuartige Kohlenstoffverbindung ist härter als Diamanten und Grafit

Bisher waren der Menschheit zwei Formen von festem Kohlenstoff bekannt Diamanten und Grafit. Doch nun haben Wissenschaftler der University of North Carolina eine neue Kohlenstoffverbindung entwickelt. Sie nennen die Verbindung “Q-Carbon”. Diese ist nicht nur härter als Diamanten oder Grafit, sondern auch magnetisch.

Diamanten sind schon länger nicht mehr die härteste Kohlenstoffverbindung. Foto: Diamond Paperweight 8-24-09 3, Flickr, Steven Depolo, CC BY-SA 2.0

Eine dritte Form von festem Kohlenstoff

Das “Q” in “Q-Carbon” steht für “quenching”, was den Vorgang des schnellen Abschreckens oder Ablöschen einer chemischen Reaktion beschreibt. Denn so entsteht das neue Material. Die Forscher beschichten ein Substrat wie Saphir, Glas oder Plastik-Polymere mit amorphen Kohlenstoff, der keine regelmäßige kristalline Struktur hat. Die Beschichtung wird dann für etwa 200 Nanosekunden, also eine extrem kurze Zeitspanne, mit einem Laser beschossen, der sie auf eine Temperatur von etwa 3700 Grad Celsius aufheizt. Anschließend wird die Schicht rasch abgekühlt, was als “quenching” bezeichnet wird. Am Ende entsteht ein dünner Film aus Q-Kohlenstoff. Die Eigenschaften des Kohlenstoffes können die Forscher durch Veränderung der Laser- und Abkühl-Parameter beeinflussen. So lassen sich auch neue Diamant-Strukturen herstellen, die mit speziellen Eigenschaften für die Industrie- oder Medizintechnik versehen werden.

Material mit besonderen Eigenschaften

“Der einzige Ort, an dem man diesen Stoff in der Natur finden könnte, wäre vielleicht der Kern einiger Planeten”, so Jay Narayan, der die Arbeitsgruppe anleitet, die Q-Carbon entdeckt hat. Das Material ist nicht nur äußerst hart, sondern hat eine Reihe von Eigenschaften, die auch seine Entdecker überraschten. Q-Kohlenstoff ist magnetisch und fängt bereits bei kleiner Energiezufuhr an zu glühen. Besonders die magnetischen Eigenschaften machen das Material ideal für den Bau von Displays.

Das neuartige Verfahren funktioniert bereits bei Raumtemperatur und normalem Luftdruck. Somit wären auch Diamanten deutlich günstiger herstellbar. Am interessantesten ist die neue Kohlenstoff-Form für die Halbleiterforschung und andere industrielle Einsatzbereiche. Allerdings müsse noch viel mit dem neuen Stoff experimentiert werden, bevor er dahingehend einsetzbar sei, so Narayan.