08 Juni Nanodiamanten molekular aufgebau
Nanodiamanten gelten als vielversprechende Materialien für Quantentechnologien, Sensorik und biomedizinische Anwendungen. Ihre Herstellung war bislang jedoch mit erheblichen Herausforderungen verbunden: Einheitliche Partikelgrößen, hohe Reinheit und gezielt einstellbare optische Eigenschaften ließen sich nur schwer gleichzeitig realisieren. Forschende des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung berichten über einen neuen Ansatz, bei dem das Team um Yingke Wu und Tanja Weil Nanodiamanten nicht durch das Zerkleinern größerer Diamanten herstellt, sondern gezielt aus molekular definierten Kohlenstoffbausteinen aufbaut.
Unter hohem Druck und hohen Temperaturen hat das Forscherteam sogenannte Nanographene direkt in hochkristalline Nanodiamanten umgewandelt. Der Vorteil dieses Bottom-up-Verfahrens liegt nach Angaben der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern in der präzisen Kontrolle der Materialeigenschaften. Da Struktur und Zusammensetzung der Ausgangsmoleküle exakt festgelegt werden können, sollen besonders einheitliche Nanodiamanten mit Größen von lediglich drei bis vier Nanometern entstehen. Darüber hinaus gelang es dem Forschungsteam, optisch aktive Farbzentren bereits während der Synthese in das Diamantgitter einzubauen. Dadurch lassen sich fluoreszierende Nanodiamanten mit maßgeschneiderten optischen Eigenschaften direkt herstellen, ohne dass zusätzliche Bestrahlungs- oder Implantationsschritte eingesetzt werden müssen.
Die Forschungsarbeit könnten neue Möglichkeiten für Quantensensoren, photonische Bauelemente und diamantbasierte Nanomaterialien eröffnen, erklären die Teammitglieder. Auch in der Biomedizin sehen die Forschenden Potenzial: Künftig könnten Nanodiamanten als robuste optische Marker dienen, um Prozesse in Zellen und biologischen Systemen sichtbar zu machen.
An der Studie beteiligt waren das Deutsche Elektronen-Synchrotron (Desy), die Goethe-Universität Frankfurt, die Johannes Gutenberg-Universität Mainz, das Leibniz-Institut für Neue Materialien, das Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, das Max-Planck-Institut für Polymerforschung, die University of Cambridge, die Universität des Saarlandes, die Universität Göttingen und die Universität Ulm.
Originalveröffentlichung:
[Jiaxu Liang, et. al: Bottom-Up Synthesis of Molecular Nanodiamond from Nanographene. Nature (2026), https://www.nature.com/articles/s41586-026-10669-3]
Quelle: www.mpip-mainz.mpg.de
Bild: Katharina Maisenbacher / MPI-P