Werkstoffforschung 16. Mai 2022 Von Iestyn Hartbrich

Bedingungen wie im Innern des Uranus

Forschende aus Bayreuth haben im Labor Drücke im Terapascal-Bereich erzeugt – und dabei eine neue Klasse von Werkstoffen analysiert.

Uranus, aufgenommen vom Hubble-Teleskop. Im Innern des Planeten herrschen Drücke im Terapascal-Bereich.
Foto: NASA/Space Telescope Science Institute

Ein Forschungsteam aus Bayreuth hat Materialien im Terapascal-Bereich erzeugt und analysiert. Das sei zuvor niemandem gelungen, heißt es in einer Mitteilung. Die Forschenden haben das Verfahren zur Synthese und Strukturanalyse nun im Journal „Nature“ veröffentlicht.

Ein Terapascal, das sind 1000 Gigapascal. Das entspricht in etwa dem Tausendfachen der Zugfestigkeit einer starken Titanlegierung und dem Sechzehnfachen der Zugfestigkeit von Carbon Nanotubes, einer der festesten bekannten Strukturen. Solche Drücke herrschen beispielsweise im Zentrum des Gasriesen Uranus.

Unser Dossier zu den Direktreduktionsplänen der Stahlhersteller

Ungewöhnliche Strukturen unter hohen Drücken

Theoretische Modelle sagen laut den Bayreuther Forschenden ungewöhnliche Strukturen und Materialeigenschaften unter extremen Druck-Temperatur-Bedingungen voraus. Bislang hätten sich diese Vorhersagen allerdings nicht in Experimenten bei Kompressionsdrücken jenseits von 200 GPa verifizieren lassen. Zum einen seien komplexe technische Voraussetzungen nötig, um Materialproben derart extremen Drücken auszusetzen, zum anderen fehle es bislang an ausgereiften Methoden für die zeitgleiche Strukturanalyse. „Das von uns entwickelte Verfahren versetzt uns erstmals in die Lage, neue Materialstrukturen im Terapascal-Bereich zu synthetisieren und in situ – das heißt: noch während des laufenden Experiments – zu analysieren. Auf diese Weise lernen wir bisher unbekannte Zustände, Eigenschaften und Strukturen von Kristallen kennen“, sagt der Erstautor der Veröffentlichung, Leonid Dubrovinsky vom Bayerischen Geoinstitut (BGI) der Universität Bayreuth.

Lesen Sie unseren Bericht über die Titan-Lieferkettenprobleme bei Boeing

Forschungsgegenstand: Rhenium-Nitrid

Für die Experimente haben die Forschenden Rhenium-Verbindungen ausgewählt: Konkret handelt es sich um ein neuartiges Nitrid (Re7N3) und eine Rhenium-Stickstoff-Legierung. Diese seien im Labor erzeugt und in situ sichtbar gemacht worden, schreibt Dubrovinsky.

Für die Synthese nutzten die Forschenden eine mit Laserstrahlen beheizte, zweistufige Diamantstempelzelle. Die Charakterisierung der Materialien sei mittels Röntgenbeugung gelungen (Synchrotron-Einkristall-Röntgenbeugung). „Vor zweieinhalb Jahren waren wir in Bayreuth sehr überrascht, als wir auf der Basis von Rhenium und Stickstoff einen superharten metallischen Leiter herstellen konnten, der selbst extrem hohen Drücken standhält. Wenn wir künftig die Hochdruckkristallographie sogar im Terapascal-Bereich anwenden, werden wir in dieser Richtung möglicherweise weitere überraschende Entdeckungen machen“, sagt Natalia Dubrovinskaia vom Labor für Kristallographie der Universität Bayreuth.

Themen im Artikel

Ein Beitrag von:

Stellenangebote

EnBW Energie Baden-Württemberg AG

Ingenieur im Teilprojekt "Innerparkverkabelung (IAG)" für Offshore Windparks (w/m/d)

Hamburg
EnBW Energie Baden-Württemberg AG

Ingenieur der Elektrotechnik für Offshore-Wind (w/m/d)

Hamburg
Hochschule Biberach Biberach University of Applied Sciences

W 2-Professur Projektsteuerung und Projektmanagement Bau

Biberach
FH Aachen

Professur "Mechatronik mit Schwerpunkt Systems Engineering"

Aachen
Landtag Nordrhein-Westfalen

Stellvertretende Referatsleitung in Verbindung mit der Leitung des Sachbereichs "Technische Gebäudeausrüstung (TGA)" (m/w/d)

Düsseldorf
Technische Hochschule Deggendorf

Professur (d/m/w) für das Lehrgebiet "Digitales Baumanagement"

Pfarrkirchen
Hochschule Kempten

Professur (m/w/d) Geoinformatik

Kempten
Technische Universität Darmstadt

Gastprofessuren für Talente aus der Industrie

Darmstadt
Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes

W2-Professur für Mechatronische Konstruktionen

Saarbrücken
Hochschule für angewandte Wissenschaften München

Professur für Technische Informatik - Schwerpunkt Hardware (W2)

München
Zur Jobbörse

Das könnte Sie auch interessieren

Empfehlungen des Verlags

Top 5 aus der Kategorie Werkstoffe