Diamantvorming in koolstofuien door bestraling met elektronen

Onderzoekers van het Max-Planck-Instituut voor Metaalonderzoek in Stuttgart hebben ontdekt dat zich in het centrum van uien een diamantkristal kan vormen. De uien zijn natuurlijk geen gewone uien, maar bolvormige koolstofdeeltjes met een diameter van een fractie van een micrometer.

Zulke deeltjes kunnen worden gemaakt door een koolstofhoudend materiaal te bestralen met elektronen. Er ontstaan dan bolvormige deeltjes met enkele tientallen concentrische schillen van grafiet. Wanneer zulke koolstofuien worden verhit tot een temperatuur van ongeveer 700 ß8C, en dan verder bestraald met elektronen, groeit er in hun kern een diamantkristal.

In sommige koolstofuien ontstaat een monokristallijne kern, in andere een polykristallijne en in vele gevallen worden ook tweelingkernen waargenomen. Bij afkoeling tot kamertemperatuur blijven de aldus gevormde diamantkristallen stabiel, terwijl de omringende schilstructuur van grafiet dan vele defecten blijkt te vertonen.

De oorzaak van de omzetting van grafiet in diamant moet volgens de onderzoekers worden gezocht in de druk die in de kern heerst. Tijdens de bestraling neemt de onderlinge afstand tussen de grafietschillen van buiten naar binnen toe af. De koolstofui krimpt in zijn geheel in en gaat als het ware als een drukvat fungeren. De onderzoekers hebben berekend dat in het centrum van zo'n 'vat' een druk van een paar miljoen atmosfeer kan heersen en dat is voldoende om grafiet te laten overgaan in diamant.

De onderzoekers denken dat deze nieuwe manier om koolstof rechtstreeks om te zetten in diamant ook technisch interessant is. Het maken van synthetische diamant is nog steeds een tijdrovend en kostbaar proces, dus nog altijd voor verbetering vatbaar. Waar zij in hun artikel in Nature (1 augustus) niet op ingaan, is het belang van hun ontdekking voor de astronomie. Uit onderzoek aan meteorieten is gebleken dat een fractie van de koolstof die zij bevatten een diamantstructuur heeft. Astronomen denken dat deze diamantkristallen kunnen zijn ontstaan in de buitenlagen van sommige soorten sterren, maar over de manier waarop dat gebeurt is nog niets met zekerheid bekend. Aan de verschillende voorgestelde processen moet nu echter zeker het proces van de bestraling van 'koolstofuien' bij vrij hoge temperatuur worden toegevoegd. (George Beekman)