Warum Diamant schlüpfrig ist

Diamant gleitet leichter über Diamant als ein Schlittschuh über frisch poliertes Eis. Den Grund dafür glauben amerikanische Physiker gefunden zu haben. Wenn in einer strapaziertem Diamantoberfläche eine Bindung zwischen zwei Atomen reißt, werden die “losen Enden” dermaßen rasch durch Wasser abgedeckt, dass keine unerwünschte Haftung entstehen kann.

Bild: ktsdesign /Stockxpert

Werkzeuge, Dichtungen und andere mechanische Bauteile werden mit künstlichem Diamant überzogen, um sie widerstandsfähig gegen Chemikalien und Verschleiß zu machen und gleichzeitig beweglich zu halten. Die neuen Resultate könnten helfen, die Eigenschaften solcher Beschichtungen weiter zu verbessern, hoffen die Forscher um Robert Carpick von der University of Pennsylvania. Ihre Resultate präsentieren sie im Fachblatt “Physical Review Letters”.

Die Wissenschaftler studierten die Reibung zwischen nanokristallinen Diamantschichten, die gegeneinander gepresst und bewegt wurden. Die dabei ablaufenden Vorgänge verfolgten sie, indem sie den Diamant intensiver Röntgenstrahlung aussetzten und die aus dem Material herausgeschlagenen Elektronen analysierten. Nicht nur fanden sich Spuren von Sauerstoff an neu entstandenen Defektstellen in dem Kristallgitter. Auch stieg die Reibung zwischen den Diamantschichten stark an, wenn die Umgebung praktisch keinen Wasserdampf enthielt.

Hinweise auf Graphit fanden sich dagegen nicht, berichten Carpick und Kollegen. Die Resultate sprächen daher gegen die Ansicht, die mechanische Benaspruchung bewirke die Umwandlung von Diamant in dessen weichen und gut schmierenden Vetter. Vielmehr schienen Wassermoleküle mit den offenen Bindungsstellen im Kohlenstoff zu reagieren und auf diese Weise abzusättigen, bevor sich Bindungen zwischen den aufeinander gleitenden Oberflächen bilden könnten.

Forschung: Andrew R. Konicek, P.U.P.A. Gilbert und Robert W. Carpick, Department of Physics & Astronomy und Department of Mechanical Engineering and Applied Mechanics, University of Pennsylvania, Philadelphia; und andere

Veröffentlichung Physical Review Letters, Vol. 100, 235502, DOI 10.1103/PhysRevLett.100.235502

WWW:
Carpick Research Group, University of Pennsylvania
Diamant und Graphit
Reibung
Photoemission Electron Microscopy

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