Einem Forscherteam der Universität von Linköping in Schweden ist es gelungen, ein extrem hartes und dennoch elastisches Material aus Fullerenen zu entwickeln. Dazu ersetzten sie einige der Kohlenstoffatome von Fullerenen durch Stickstoffatome. Das neu entwickelte Material könnte zahlreiche Anwendungsgebiete in so verschiedenen Bereichen wie der Raumfahrttechnologie oder der Medizin finden. Die Wissenschaftler berichten über ihre Arbeit in der aktuellen Ausgabe der Physical Review Letters.
Die Forscher um Lars Hultman stellten in ihrem Experiment eine spezielle Art von Fullerenen her, bei denen jeweils zwölf der sechzig Kohlenstoffatome eines Fullerens ( Bild) durch Stickstoff ersetzt wurden. Dazu benutzten sie eine als “sputtering” bezeichnete Herstellungstechnik, bei der die Fullerene aus einem Gasgemisch aus Kohlenstoff und Stickstoff synthetisiert werden. Das so hergestellte Material besteht aus konzentrischen Kugeln, die sich wie die Häute einer Zwiebel anordnen, und deren innerer Kern aus einem Fulleren mit zwölf Stickstoffatomen besteht. Zwischen den kugelartigen Anordnungen wirken starke kovalente Bindungen, was dem Material eine größere Härte als dem oft in der Technik eingesetzten Titaniumnitrid verleiht. Daneben zeichnet sich das Material allerdings auch durch eine hohe Elastizität aus und scheint daher für Anwendungen prädestiniert, die hochbelastbare Materialien erfordern.
Als Fullerene oder Buckyballs bezeichnet man käfigartige Anordnungen von meistens sechzig Kohlenstoffatomen. Diese “Fußbälle” zeichnen sich durch eine Reihe interessanter physikalischer Eigenschaften aus. Einer Anwendung zur Herstellung von technisch nutzbaren Materialien stand jedoch bis zu diesem Zeitpunkt der Umstand im Wege, dass Fullerene nur schwache Bindungen mit ihren Nachbarn ausbilden können. Aus reinen Fullerenen bestehende Materialien sind daher in der Regel mechanisch nicht besonders beanspruchbar. Die Dotierung der Fullerene mit Stickstoff hat dieses Problem nun auf eine clevere Weise umgangen.
Stefan Maier
