Ein Laserblitz genügt: Wie deutsche Forscher Plastik in Diamanten verwandeln
Forschende aus Dresden und Rostock schießen mit einem Laser Nanodiamanten aus PET-Folie, mehr als 10 km/s schnell. Ein wasserlösliches Gel fängt die Partikel erstmals unversehrt auf. Reicht das für die industrielle Anwendung?
Experimentplatz L4n-P3 der Laseranlage ELI Beamlines südlich von Prag. Hier trifft der Laserpuls auf die PET-Folie, nach 5 ns ist aus dem Kunststoff Diamant geworden.
Foto: ELI Beamlines
Diamanten aus Plastikfolie, das klingt nach Alchemie. Für ein Team des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) und der Universität Rostock ist es seit Jahren Laboralltag. Ein Laserpuls presst PET, den Kunststoff der Getränkeflaschen, so heftig zusammen, dass sich der Kohlenstoff darin zu Nanodiamanten ordnet.
Nur hatte bisher niemand etwas davon. Die Schockwelle schleudert die Partikel mit mehr als 10 km/s aus der Folie, umgerechnet über 36.000 km/h. Was so schnell aufschlägt, droht zu schmelzen oder zu Graphit zu zerfallen. Die Forschenden konnten Diamanten erzeugen, aber nicht behalten.
Das hat sich geändert. Erstmals hat das Team seine Diamanten nach eigenen Angaben unversehrt aufgefangen, gereinigt und unter dem Elektronenmikroskop abgebildet. Pro Laserschuss landen laut HZDR rund 10 Billionen Stück im Auffanggel, jedes gut 3 nm groß. Damit sind sie kleiner und einheitlicher als die Nanodiamanten, die die Industrie heute per Sprengstoff herstellt. Ein Durchbruch also? Die Studie im Fachjournal „Diamond and Related Materials“ liefert auch die Zahlen, die dagegen sprechen.
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5 ns, die aus Flaschenplastik Diamant machen
Die Versuche liefen an der Laseranlage ELI Beamlines südlich von Prag. Der Ablauf in der Vakuumkammer sieht in etwa so aus:
- Eine PET-Folie, 100 µm dünn und damit etwa so dick wie ein Blatt Papier, läuft wie ein Tonband durch die Kammer.
- Ein Laserpuls von 5 ns Dauer und 25 J Energie trifft einen Fleck von knapp 0,5 mm Durchmesser.
- Die Schockwelle verdichtet den Kunststoff auf rund 80 GPa, das 800.000-Fache des Luftdrucks, und erhitzt ihn auf etwa 3500 °C.
- PET zerfällt in seine Bestandteile, der Kohlenstoff ordnet sich zum Diamantgitter. Laut früheren Messungen der Gruppe landet dabei mehr als die Hälfte der Kohlenstoffatome im Diamant.
80 GPa sind viel, aber kein Rekord. Um Diamant zu schmelzen, brauchten US-Forschende zuletzt rund 1 Billion Pascal, gut das Zwölffache.
Eigentlich wollte das Team etwas ganz anderes wissen. Ähnliche Bedingungen herrschen im Inneren von Eisriesen wie Uranus und Neptun, die Versuche sollten klären, was dort mit Kohlenstoff geschieht. „Dass unter diesen Bedingungen Nanodiamanten entstehen, hatten wir erwartet. Überrascht hat uns jedoch, wie schnell sie sich bilden“, sagt Dominik Kraus, Professor in Rostock und Gründungsdirektor des neuen HZDR-Instituts für Hochenergiedichtephysik. Aus der Planetenfrage wurde eine Produktionsidee. Ihr fehlte der Beweis. Nachweisen ließen sich die Diamanten bisher nur per Röntgenblitz, für Augenblicke, solange der Druck anhielt. Ob sie die Rückkehr zum Normaldruck überstehen, wusste niemand.
Wie ein Gel Diamanten bei 36.000 km/h abfängt
„Wenn die Kompressionswelle das Ende der Probe erreicht, geht es schlagartig ins Vakuum. Dabei beschleunigt sie die Nanodiamanten auf Geschwindigkeiten von mehr als zehn Kilometer pro Sekunde, das ist vergleichbar mit einem Meteoriteneinschlag“, sagt Kraus. Wer Diamanten mit Meteoritentempo fangen will, braucht also etwas sehr Weiches, das trotzdem ein Vakuum aushält.
Die Forschenden fanden es in einem Gel auf Basis einer ionischen Flüssigkeit. In einfachen Worten: ein Salz, das schon bei Raumtemperatur flüssig ist. Es verdampft im Vakuum nicht, bremst die Partikel sanft genug ab und löst sich hinterher in Wasser auf.
Nach 133 Laserschüssen lösten die Forschenden das Gel in Wasser auf, zentrifugierten die Partikel heraus und reinigten sie mit Salpetersäure.
Was das Elektronenmikroskop zeigt
Ob im Gel wirklich Diamanten lagen, klärte das Rostocker Elektronenmikroskop ELMI-MV, das einzelne Atome auflöst. „Nachdem wir die Nanodiamanten aus der Catcher-Substanz gelöst und gereinigt hatten, konnten wir sie mit ELMI-MV erstmals direkt sehen“, sagt Erstautor Ben Heuser vom HZDR. Er spricht von einem Moment, auf den das Team jahrelang hingearbeitet habe.
Die Aufnahmen zeigen Kristallgitter, deren Abstände zu Diamant passen. Im Mittel messen die Partikel 3,23 nm. Ein einzelner besteht laut HZDR aus etwa 3000 Kohlenstoffatomen. Detonationsdiamanten messen typischerweise rund 5 nm, sind laut Studie häufig mit Metallen verunreinigt und müssen mit kochenden Säuren aufbereitet werden. Im Laser-Material fand das Team fast ausschließlich Kohlenstoff und keine Reste des Gels.
Kleiner heißt hier besser. Je kleiner die Partikel, desto mehr Oberfläche haben sie pro Gramm, und an der Oberfläche arbeiten Katalysatoren. Heute stecken Nanodiamanten vor allem in Schleif- und Poliermitteln. Künftig sollen sie laut HZDR als Quantensensoren, als Kontrastmittel für MRT-Untersuchungen oder als Katalysatoren dienen. In der Medizin helfen Diamantsensoren bereits bei der Tumorsuche.
Zwei Details aus der Studie fehlen allerdings in der Pressemitteilung. Die Größenangabe beruht auf 98 vermessenen Partikeln aus einem einzigen Klumpen. Und neben den Diamanten lagen vereinzelt graphitische Bereiche und sogenannte Kohlenstoffzwiebeln, Kugeln aus Graphitschalen. Die Autoren vermuten, dass sie erst nach dem Austritt aus der Folie oder beim Aufprall entstanden sind.
Warum das noch keine Diamantfabrik ist
133 Laserschüsse, jeder mit rund 10 Billionen Diamanten, und am Ende lagen insgesamt nur Mikrogramm im Gel. Genug für das Mikroskop, mehr nicht. Als Nächstes peilt das Team den Milligramm-Bereich an.
Für mehr setzen die Autoren auf Laser, wie sie die Fusionsforschung vorantreibt. Solche Systeme schaffen laut Studie 100 J pro Puls bei 10 Schüssen/s und wandeln 10 bis 20 % des Stroms in Laserlicht um. Ein Laser dieser Klasse arbeitet bereits am European XFEL bei Hamburg. Die 133 Schüsse des Prager Experiments wären damit in gut 13 s abgefeuert. Bei Ausbeute und Kosten werde das Verfahren deshalb mithalten können, schreiben die Forschenden. Zu Recht? Eine Kostenrechnung enthält die Studie nicht.
Beim Maßstab sind andere schon etwas weiter. Ein Verfahren aus Prag, über das ingenieur.de im Oktober 2025 berichtete, stattet vorhandenen Diamantstaub in 4 min mit Quantenzentren aus und soll im Kilogramm-Maßstab funktionieren. Es veredelt fertige Partikel. Der Laserschock erzeugt sie neu und könnte Fremdatome für solche Quantenzentren gleich mit einbauen. Gezeigt ist das bisher nicht.
Nächstes Ziel: ein Kohlenstoff, dichter als Diamant
Erst vergangene Woche stellten Chemiker aus Göteborg Diamondiyne vor, einen Diamanten mit Löchern. Das Team aus Rostock und Dresden will in die Gegenrichtung. Mit noch höherem Druck soll aus Plastik BC8 entstehen, eine bislang nur berechnete Kohlenstoffform. Sie wäre laut HZDR dichter als Diamant, ähnlich hart und weniger spröde. Auf der Erde kann sie nicht natürlich entstehen.
Das erste Experiment ist für November geplant. Gelingt es, läge ein Material im Labor, das bisher nur theoretisch existiert; in Rechnungen. Auffangen würde es dasselbe Gel.
- B. Heuser et al.: Recovery of ultrasmall nanodiamonds from plastics shock-compressed to pressures around 100 GPa. Diamond and Related Materials 169 (2026), DOI 10.1016/j.diamond.2026.114091 (Open Access)
- Gemeinsame Pressemitteilung der Universität Rostock und des HZDR vom 17.9.2026: Nanodiamanten per Laserschock
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