Nanocyrstalline-Diamant-Aerogel: Die neue Form der besten Freundin eines Mädchens ist leichter als je zuvor

Nanocyrstalline-Diamant-Aerogel: Die neue Form der besten Freundin eines Mädchens ist leichter als je zuvor
Anonim

von Anne M. Stark, Lawrence Livermore National Laboratory

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- Durch die Kombination von hohem Druck und hoher Temperatur haben die Forscher von Livermore ein Diamant-Aerogel mit Nanokristallin-Struktur geschaffen, das die Optik eines Teleskops oder einer Linse in einer Brille verbessern könnte.

Aerogele sind eine Materialklasse, die von allen Schüttgütern die niedrigste Dichte, Wärmeleitfähigkeit, den niedrigsten Brechungsindex und die niedrigste Schallgeschwindigkeit aufweist. Aerogele gehören aufgrund ihrer Vielzahl außergewöhnlicher Eigenschaften zu den vielseitigsten Materialien für technische Anwendungen. Bei diesem Material nutzen Chemiker, Physiker, Astronomen und Materialwissenschaftler seine Eigenschaften in unzähligen Anwendungen, von einem Wasserreiniger zur Entsalzung von Meerwasser bis hin zur Installation auf einem NASA-Satelliten als Meteoritenpartikelsammler.

In der neuen Studie, die in der Online-Ausgabe der Proceedings of the National Academy of Sciences vom 9. bis 13. Mai veröffentlicht wurde, schuf ein Livermore-Team ein Diamant-Aerogel aus einem Standard-Aerogel-Vorläufer auf Kohlenstoffbasis unter Verwendung einer lasergeheizten Diamant-Amboss-Zelle.

Eine Diamant-Amboss-Zelle besteht aus zwei gegenüberliegenden Diamanten, zwischen denen die Probe zusammengedrückt ist. Es kann ein kleines Materialstück (mehrere zehn Mikrometer oder kleiner) bis zu extremen Drücken komprimieren, die 3 Millionen Atmosphären überschreiten können. Das Gerät wurde verwendet, um den Druck, der tief im Inneren der Planeten herrscht, wiederherzustellen und Materialien und Phasen zu erzeugen, die unter normalen Bedingungen nicht beobachtet werden. Da Diamanten transparent sind, kann auch intensives Laserlicht auf die Probe fokussiert werden, um sie gleichzeitig auf Tausende von Grad zu erwärmen.

Die neue Diamantform hat eine sehr geringe Dichte, die wahrscheinlich der des Vorläufers von etwa 40 Milligramm pro Kubikzentimeter ähnelt, was nur etwa 40-mal dichter als Luft ist.

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Das Diamant-Aerogel könnte Anwendungen in Antireflexionsbeschichtungen haben, einer Art optischer Beschichtung, die auf die Oberfläche von Linsen und anderen optischen Vorrichtungen aufgebracht wird, um die Reflexion zu verringern. Es geht weniger Licht verloren, wodurch die Effizienz des Systems verbessert wird. Es kann für Teleskope, Ferngläser, Brillen oder andere Geräte verwendet werden, bei denen eine Reflexionsreduzierung erforderlich ist. Es hat auch potenzielle Anwendungen in Bezug auf verbesserte oder modifizierte Biokompatibilität, chemisches Dotieren, Wärmeleitung und elektrische Feldemission.

Bei der Herstellung von Diamant-Aerogelen hat der leitende Forscher Peter Pauzauskie, ein ehemaliger Lawrence-Mitarbeiter an der University of Washington, die Poren eines Standard-Aerogels auf Kohlenstoffbasis mit Neon infundiert und verhindert, dass das gesamte Aerogel auf sich selbst zusammenfällt.

Zu diesem Zeitpunkt setzte das Team die Aerogelprobe enormen Drücken und Temperaturen aus (über 200.000 Atmosphären und über 2240 Grad Fahrenheit), wodurch die Kohlenstoffatome in ihrem Inneren gezwungen wurden, ihre Anordnung zu verschieben und kristalline Diamanten zu erzeugen.

Der Erfolg dieser Arbeit lässt das Team auch spekulieren, dass zusätzliche neuartige Diamantformen erhalten werden können, indem geeignete Vorläufer der richtigen Kombination aus hohem Druck und Temperatur ausgesetzt werden.