Saintis Berjaya Mencipta Berlian Daripada Plastik Botol

Dalam eksperimen, kepingan nipis plastik PET ringkas ditembak dengan laser. Kilauan laser yang kuat yang mengenai sampel bahan seperti foil memanaskannya secara ringkas sehingga 6000 darjah Celcius dan dengan itu menghasilkan gelombang kejutan yang memampatkan bahan itu kepada berjuta-juta kali tekanan atmosfera selama beberapa nanosaat. Para saintis dapat menentukan bahawa berlian kecil, yang dipanggil nanodiamond, terbentuk di bawah tekanan yang melampau. Kredit: HZDR / Blaurock

Pasukan penyelidik menggunakan kilat laser untuk meniru bahagian dalam planet ais, yang memberi inspirasi kepada kaedah baharu untuk mencipta berlian kecil.

Apa yang berlaku di dalam planet seperti Uranus dan Neptun? Satu eksperimen inovatif telah dijalankan untuk mengetahui oleh pasukan global yang diketuai oleh Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)Universiti Rostock, dan Perancis Politeknik École. Mereka menggunakan kilatan laser yang kuat untuk mengkaji apa yang berlaku apabila mereka menembak laser pada kepingan nipis plastik PET ringkas.

Akibatnya, saintis dapat menyokong hipotesis terdahulu mereka bahawa berlian benar-benar hujan dalam gergasi ais di pinggir sistem suria kita. Satu lagi ialah teknik ini akan menyediakan pendekatan baharu untuk membuat nanodiamond, yang diperlukan, contohnya, dalam penderia kuantum yang sangat sensitif. Penemuan pasukan itu baru-baru ini diterbitkan dalam Kemajuan Sains.

Keadaan ekstrem berlaku di pedalaman planet berais yang besar seperti Neptune dan Uranus, dengan tekanan berjuta-juta kali lebih tinggi daripada di Bumi dan suhu yang boleh mencapai beberapa ribu darjah Celcius. Walau bagaimanapun, keadaan seperti ini boleh dihasilkan semula secara ringkas dalam makmal dengan menggunakan pancaran laser yang kuat untuk memukul sampel bahan seperti filem, memanaskannya kepada 6,000 darjah Celsius dalam sekelip mata dan mencipta gelombang kejutan yang memampatkan bahan tersebut. kepada sejuta kali tekanan atmosfera selama beberapa nanosaat.

“Sehingga kini, kami menggunakan filem hidrokarbon untuk jenis eksperimen ini,” jelas Dominik Kraus, seorang ahli fizik di HZDR dan profesor di Universiti Rostock. “Dan kami mendapati bahawa tekanan melampau ini menghasilkan berlian kecil, yang dikenali sebagai nanodiamonds.”

Walau bagaimanapun, memandangkan gergasi ais juga mengandungi kuantiti oksigen yang ketara, selain karbon dan hidrogen, ia hanya mampu mereplikasi bahagian dalam planet menggunakan filem ini. Apabila mencari bahan filem yang sesuai, para penyelidik terjumpa bahan harian: PET, resin yang digunakan untuk membuat botol plastik biasa.

“PET mempunyai keseimbangan yang baik antara karbon, hidrogen dan oksigen untuk mensimulasikan aktiviti di planet ais,” jelas Kraus.

Pasukan itu menjalankan penyelidikan mereka menggunakan Sumber Cahaya Koheren Linac (LCLS), laser sinar-X berasaskan pemecut yang berkuasa, di Makmal Pemecut Kebangsaan SLAC di California. Mereka menggunakannya untuk menganalisis perkara yang berlaku apabila pancaran laser yang kuat mengenai filem PET sambil serentak menggunakan dua teknik pengukuran: pembelauan sinar-X untuk mengesan sama ada nanodiamond dicipta dan apa yang dipanggil penyebaran sudut kecil untuk melihat seberapa cepat dan berapa besar berlian itu berkembang. .

Oksigen memudahkan proses

“Kesan oksigen adalah untuk mempercepatkan pemisahan karbon dan hidrogen dan dengan itu menggalakkan pembentukan nanodiamonds, ” kata Dominik Kraus, melaporkan hasil. “Ini bermakna atom karbon boleh bergabung dengan lebih mudah dan membentuk berlian.” Ini seterusnya menyokong andaian bahawa ia benar-benar menghujani berlian di dalam gergasi ais. Penemuan itu mungkin bukan sahaja berkaitan dengan Uranus dan Neptun tetapi juga kepada banyak planet lain di galaksi kita. Walaupun gergasi ais sebegitu dahulunya dianggap sebagai jarang berlaku, kini nampak jelas bahawa ia mungkin merupakan bentuk planet yang paling biasa di luar sistem suria.

Pasukan itu juga menemui petunjuk jenis lain: Dalam kombinasi dengan berlian, air harus dihasilkan – tetapi dalam varian yang luar biasa. “Air superion yang dipanggil mungkin telah terbentuk,” Kraus berpendapat. “Atom oksigen membentuk kekisi kristal di mana nukleus hidrogen bergerak dengan bebas.” Kerana nukleus bercas elektrik, air superionik boleh mengalirkan arus elektrik dan dengan itu membantu mencipta medan magnet gergasi ais. Walau bagaimanapun, dalam eksperimen mereka, kumpulan penyelidik masih belum dapat membuktikan dengan jelas kewujudan air superionik dalam campuran dengan berlian. Ini dirancang untuk berlaku dengan kerjasama erat dengan Universiti Rostock di XFEL Eropah di Hamburg, laser sinar-X yang paling berkuasa di dunia. Di sana, HZDR mengetuai konsortium pengguna antarabangsa HIBEF yang menawarkan keadaan ideal untuk eksperimen seperti ini.

Loji ketepatan untuk nanodiamonds

Sebagai tambahan kepada pengetahuan yang agak asas ini, percubaan baharu ini juga membuka perspektif untuk aplikasi teknikal: pengeluaran berlian bersaiz nanometer yang disesuaikan, yang sudah termasuk dalam agen pelelas dan penggilap. Pada masa hadapan, ia sepatutnya digunakan sebagai penderia kuantum yang sangat sensitif, agen kontras perubatan dan pemecut tindak balas yang cekap, untuk membelah
CO2 contohnya. “Setakat ini, berlian jenis ini kebanyakannya dihasilkan dengan meletupkan bahan letupan,” jelas Kraus. “Dengan bantuan kilat laser, ia boleh dihasilkan dengan lebih bersih pada masa hadapan.”

Penglihatan saintis: Laser berprestasi tinggi memancarkan sepuluh kilatan sesaat pada filem PET yang disinari oleh pancaran pada selang sepersepuluh saat. Oleh itu, nanodiamond menghasilkan tangkapan keluar dari filem dan mendarat di dalam tangki pengumpulan yang diisi dengan air. Di sana ia diperlahankan dan kemudiannya boleh ditapis dan dituai dengan berkesan. Kelebihan penting kaedah ini berbeza dengan pengeluaran bahan letupan ialah “nanodiamonds boleh dipotong tersuai dengan mengambil kira saiz atau doping dengan atom lain,” Dominik Kraus menekankan. “Laser sinar-X bermakna kami mempunyai alat makmal yang boleh mengawal pertumbuhan berlian dengan tepat.”

Rujukan: “Kinetik pembentukan berlian dalam sampel C─H─O termampat hentakan yang direkodkan oleh penyerakan sinar-x sudut kecil dan pembelauan sinar-x” oleh Zhiyu He, Melanie Rödel, Julian Lütgert, Armin Bergermann, Mandy Bethkenhagen, Deniza Chekrygina, Thomas E. Cowan, Adrien Descamps, Martin French, Eric Galtier, Arianna E. Gleason, Griffin D. Glenn, Siegfried H. Glenzer, Yuichi Inubushi, Nicholas J. Hartley, Jean-Alexis Hernandez, Benjamin Heuser, Oliver S. Humphries, Nobuki Kamimura, Kento Katagiri, Dimitri Khaghani, Hae Ja Lee, Emma E. McBride, Kohei Miyanishi, Bob Nagler, Benjamin Ofori-Okai, Norimasa Ozaki, Silvia Pandolfi, Chongbing Qu, Divyanshu Ranjan, Ronald Redmer, Christopher Schoenwaelder, Anja K. Schuster, Michael G. Stevenson, Keiichi Sueda, Tadashi Togashi, Tommaso Vinci, Katja Voigt, Jan Vorberger, Makina Yabashi, Toshinori Yabuuchi, Lisa MV Zinta, Alessandra Ravasio dan Dominik Kraus, 2 September 2022, Kemajuan Sains.
DOI: 10.1126/sciadv.abo0617

We want to say thanks to the writer of this write-up for this outstanding content

Saintis Berjaya Mencipta Berlian Daripada Plastik Botol


Take a look at our social media profiles and other pages related to themhttps://paw6.info/related-pages/