З пластикової пляшки – до нанодіамантів: вчені розробили новий метод створення коштовних кристалів
Фізики з Німеччини досягли значного прориву у створенні нанодіамантів, навчившись отримувати мільярди кристалів за один лазерний імпульс із звичайного пластику. Нова технологія, розроблена для моделювання екстремальних умов планет, відкриває перспективи для альтернативного промислового виробництва та використання цих мікроскопічних алмазів у передових галузях.
Від теорії до експерименту: як народжуються алмази з пластику
Дослідники з німецького Центру Гельмгольца в Дрездені та Ростокського університету успішно перетворили тонкий шар ПЕТ-плівки, матеріалу, з якого виготовляють пластикові пляшки, на величезну кількість нанодіамантів. Процес відбувається за допомогою потужного лазера, який тричі на хвилину спрямовується на матеріал. Це генерує ударну хвилю, що стискає плівку до тиску близько 100 гігапаскалів – це приблизно в мільйон разів більше за атмосферний тиск. За лічені наносекунди атоми вуглецю в пластику перебудовуються, утворюючи алмази.
Унікальність розробки полягає не лише у можливості створення нанодіамантів, а й у тому, що вченим вперше вдалося зібрати їх неушкодженими. Через високу швидкість вильоту кристалів (понад 10 км/с) будь-яке тверде зіткнення могло б їх зруйнувати. Щоб уникнути цього, за пластиковою плівкою розмістили спеціальний м’який гель, який пом’якшує удар. Після завершення експерименту гель розчиняється у воді, дозволяючи зібрати цілі наночастинки. Кожен такий нанодіамант має розмір близько трьох нанометрів і складається приблизно з 3000 атомів вуглецю.
Моделювання космосу та майбутнє виробництва
Ініціатива дослідження виникла з прагнення вчених змоделювати екстремальні умови, що панують всередині Урана та Нептуна. Припускається, що в надрах цих планет метан під дією колосального тиску перетворюється на алмази, які згодом випадають у вигляді опадів.
Новий метод також може стати значною альтернативою існуючим способам промислового виробництва нанодіамантів, які наразі часто передбачають використання вибухових речовин. Така традиційна методика призводить до утворення кристалів із домішками металів, що вимагає подальшого очищення за допомогою кислоти.
Перспективи застосування нанодіамантів
Нанодіаманти вже знаходять своє застосування, зокрема, у процесах полірування поверхонь. Розроблена німецькими фізиками технологія дає можливість не лише створювати чисті алмазні наночастинки, але й збагачувати їх атомами інших елементів. Це відкриває нові горизонти для використання цих кристалів у таких сферах, як:
- Квантові сенсори: Високі властивості нанодіамантів можуть бути використані для створення надчутливих датчиків.
- Медична візуалізація: Як контрастні речовини для магнітно-резонансної томографії (МРТ), дозволяючи отримувати більш чіткі зображення внутрішніх органів.
Виклики та подальші кроки
Незважаючи на вражаючі результати, поточна швидкість виробництва – три лазерні імпульси на хвилину – ще недостатня для масштабування технології до промислових обсягів. Команда дослідників вже працює над вдосконаленням лазерної системи, з метою досягнення до 10 імпульсів за секунду. Це дозволить зробити процес більш ефективним та комерційно привабливим.
