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Geochemie: Künstlicher Reichtum

Ob als Schmuckstein und Zeichen besonderer Zuneigung oder als Statussymbol zur Darstellung von Macht und Wohlstand - Diamanten beschäftigen die Menschheit seit ehedem. Für praktische Anwendungen wird jetzt aus einem Labor in Washington entscheidender Fortschritt gemeldet.
Künstlicher Diamant
Der Slogan "Ein Diamant ist unvergänglich" fand als geflügeltes Wort längst Eingang in den allgemeinen Sprachgebrauch. Dabei ist er genau genommen völlig falsch. Denn ein Diamant besteht, wie Grafit, aus reinem Kohlenstoff – wird aber unter gänzlich anderen Bedingungen gebildet als der Stoff, aus dem die Bleistifte sind. Diamant kommt aus dem oberen Mantel unseres Planeten zu uns empor, wo, im Gegensatz zu unserer natürlichen Umgebung, sehr viel höhere Drücke und Temperaturen herrschen. Über vulkanische Explosionsschlote gelangt das begehrte Mineral an die Erdoberfläche, um sich dann auf Grund der anderen physikalischen Bedingungen in Grafit zu verwandeln. Das geschieht natürlich nicht von heute auf morgen, sondern über geologische Zeiträume.

Auch die Vorstellung von rar gesäten, wertvollen Diamanten entspricht nicht ganz der Realität. Denn so selten, wie es Werbung und Märchen suggerieren, kommen Lagerstätten gar nicht vor. Vielmehr ist der Wert eines Diamanten das Ergebnis geschickter Weltmarktpolitik, wie sie beispielsweise der südafrikanische Edelsteinmagnat Harry Oppenheimer jahrelang praktizierte.

Der begehrte Stein bietet aber mehr als schmückendes Funkeln: Durch seine Kristallstruktur ist er hart im Nehmen – auf der Mohs'schen Härteskala nimmt er die Spitzenposition ein und findet dadurch in Industrie und Handwerk weit reichende Verwendung.

Künstliche Diamanten | Varietäten von künstlichen Einkristall-Diamanten, die durch die Gasphasen-Abscheidetechnik der Carnegie-Wissenschaftler erzeugt wurden
Um der Nachfrage im ausreichenden Umfang nachzukommen, werden Diamanten daher mit aufwändigen Verfahren auch künstlich gezüchtet. Doch insbesondere die Herstellung qualitativ hochwertiger Diamanten mit einem Gewicht von mehr als drei Karat war in der Vergangenheit schwierig. Rusell Hemley und seine Kollegen vom geophysikalischen Labor der Carnegie Institution stellten jetzt eine Methode vor, um große Diamanten in sehr kurzer Zeit herzustellen.

Diamant mit Substrat | Einkristall-Diamantblock, hergestellt durch chemische Gasphasen- Abscheidetechnik auf einem sechsflächigen Substrat-Diamanten (unten)
Hemleys Team hat es geschafft, mit einer Geschwindigkeit von 100 Mikrometer pro Stunde einen 1,3 Zentimeter dicken Einzelkristall zu züchten. Sie verwendeten dazu einen sechsflächigen, flachen Diamanten als Substrat, auf dem der neue Kristall heranwächst. Ihr Verfahren liefert überdies farblose Diamanten, die für die Schmuckindustrie, aber auch für wissenschaftliche und optische Zwecke besonders attraktiv sind. Die meisten synthetischen Diamanten haben eine gelbe oder braune Färbung und sind daher nicht geeignet.

Künstliche Diamanten | Varietäten von künstlichen Einkristall-Diamanten, die durch das Verfahren der Carnegie-Forscher erzeugt wurden
Die Wissenschaftler sehen mit ihrer chemischen Gasphasen- Abscheidetechnik eine neues Zeitalter der Diamantenproduktion herannahen. Sie hoffen, das Verfahren auf 300 Mikrometer bis 1 Millimeter pro Stunde steigern zu können, um damit preisgünstige, farblose Varianten für eine Vielzahl von Anwendungen bereitstellen zu können.

Laserschnitt | Fünfkarätiger Diamant, der mittels Lasertechnik aus einem zehnkarätigen Diamantblock herausgeschnitten und nur teilweise poliert wurde
Doch auch die großen, neu gezüchteten Diamanten sind alles andere als unvergänglich – auch sie bestehen aus reinem Kohlenstoff und können daher zu schnödem Kohlendioxid verbrannt werden, wie einst der berühmte französische Chemiker Lavoisier eindrucksvoll demonstrierte. Hemley und seine Kollegen bedienen sich daher der Lasertechnik, um sich von ihren Diamanten eine Scheibe abzuschneiden und das wertvolle Material nicht zu zerstören.

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