Tạo kim cương nano từ nhựa chai

Tạo kim cương nano từ nhựa chai

    Tạo kim cương nano từ nhựa chai
    của Hiệp hội Trung tâm Nghiên cứu Đức Helmholtz

    Making nanodiamonds out of bottle plastic
    Trong thí nghiệm, một tấm nhựa PET mỏng đơn giản được bắn vào bằng tia laser. Tia laze mạnh chiếu vào mẫu vật chất giống như lá kim loại đã làm nóng nó trong thời gian ngắn lên đến 6000 độ C và do đó tạo ra một sóng xung kích nén vật chất xuống hàng triệu lần áp suất khí quyển trong vài nano giây. Các nhà khoa học đã có thể xác định rằng những viên kim cương nhỏ bé, được gọi là kim cương nano, được hình thành dưới áp suất cực lớn. Ảnh: HZDR / Blaurock


    Điều gì xảy ra bên trong các hành tinh như Sao Hải Vương và Sao Thiên Vương? Để tìm hiểu, một nhóm quốc tế đứng đầu là Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Đại học Rostock và École Polytechnique của Pháp đã tiến hành một thí nghiệm mới. Họ bắn tia laser vào một màng mỏng bằng nhựa PET đơn giản và điều tra xem điều gì đã xảy ra bằng cách sử dụng đèn flash laser chuyên sâu. Một kết quả là các nhà nghiên cứu đã có thể xác nhận luận điểm trước đó của họ rằng nó thực sự có mưa kim cương bên trong các khối băng khổng lồ ở ngoại vi hệ mặt trời của chúng ta. Và một phương pháp khác là phương pháp này có thể thiết lập một phương pháp mới để sản xuất kim cương nano, ví dụ, cần thiết cho các cảm biến lượng tử có độ nhạy cao. Nhóm đã trình bày những phát hiện của mình trên tạp chí Science Advances.

    Điều kiện bên trong các hành tinh khổng lồ băng giá như Sao Hải Vương và Sao Thiên Vương rất khắc nghiệt: nhiệt độ lên tới vài nghìn độ C, và áp suất lớn hơn hàng triệu lần so với bầu khí quyển của Trái đất. Tuy nhiên, các trạng thái như thế này có thể được mô phỏng ngắn gọn trong phòng thí nghiệm: tia sáng laser mạnh chiếu vào một mẫu vật liệu giống như phim, làm nóng nó lên đến 6.000 độ C trong nháy mắt và tạo ra một sóng xung kích nén vật liệu trong vài nano giây gấp một triệu lần áp suất khí quyển.

    Dominik Kraus, nhà vật lý tại HZDR và ​​là giáo sư tại Đại học Rostock, giải thích: “Cho đến nay, chúng tôi đã sử dụng màng hydrocacbon cho những loại thí nghiệm này. "Và chúng tôi phát hiện ra rằng áp suất cực lớn này đã tạo ra những viên kim cương cực nhỏ, được gọi là kim cương nano."

    Tuy nhiên, khi sử dụng những tấm phim này, chỉ có thể mô phỏng một phần bên trong các hành tinh - bởi vì các khối băng khổng lồ không chỉ chứa carbon và hydro mà còn chứa một lượng lớn oxy. Khi tìm kiếm chất liệu phim phù hợp, nhóm đã tìm đến một chất hàng ngày: PET, một loại nhựa được tạo ra từ những chai nhựa thông thường. Kraus giải thích: “PET có sự cân bằng tốt giữa carbon, hydro và oxy để mô phỏng hoạt động của các hành tinh băng.

    Nhóm đã tiến hành các thí nghiệm của mình tại Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia SLAC ở California, vị trí của Nguồn ánh sáng Kết hợp Linac (LCLS), một tia laser tia X mạnh mẽ, dựa trên máy gia tốc. Họ đã sử dụng nó để phân tích điều gì sẽ xảy ra khi các tia sáng laser chuyên sâu chiếu vào phim PET, sử dụng hai phương pháp đo cùng một lúc: nhiễu xạ tia X để xác định liệu kim cương nano có được tạo ra hay không và cái gọi là tán xạ góc nhỏ để xem nhanh và lớn như thế nào. những viên kim cương lớn lên.

    Một người trợ giúp lớn: Oxy

    Dominik Kraus, báo cáo về kết quả cho biết: “Tác dụng của oxy là đẩy nhanh quá trình phân tách cacbon và hydro và do đó khuyến khích sự hình thành kim cương nano”. "Điều đó có nghĩa là các nguyên tử carbon có thể kết hợp dễ dàng hơn và tạo thành kim cương." Điều này càng hỗ trợ cho giả thiết rằng nó thực sự làm mưa làm gió những viên kim cương bên trong những tảng băng khổng lồ. Những phát hiện có lẽ không chỉ liên quan đến Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương mà còn với vô số hành tinh khác trong thiên hà của chúng ta. Trong khi những người khổng lồ băng như vậy từng được coi là của hiếm, thì giờ đây có vẻ như rõ ràng rằng chúng có lẽ là dạng hành tinh phổ biến nhất bên ngoài hệ mặt trời.

    Nhóm nghiên cứu cũng gặp phải những gợi ý kiểu khác: Khi kết hợp với kim cương, nước sẽ được tạo ra - nhưng ở một dạng biến thể bất thường. Kraus nói: “Cái gọi là nước siêu cường có thể đã hình thành. "Các nguyên tử oxy tạo thành một mạng tinh thể trong đó các hạt nhân hydro chuyển động tự do."

    Bởi vì các hạt nhân mang điện, nước siêu âm có thể dẫn dòng điện và do đó giúp tạo ra từ trường của những người khổng lồ băng. Tuy nhiên, trong các thí nghiệm của mình, nhóm nghiên cứu vẫn chưa thể chứng minh một cách rõ ràng sự tồn tại của nước siêu dương trong hỗn hợp với kim cương. Điều này được lên kế hoạch thực hiện với sự hợp tác chặt chẽ của Đại học Rostock tại European XFEL ở Hamburg, loại tia laser tia X mạnh nhất thế giới. Tại đó, HZDR đứng đầu tập đoàn người dùng quốc tế HIBEF, nơi cung cấp các điều kiện lý tưởng cho các thí nghiệm kiểu này.

    Nhà máy chính xác cho kim cương nano

    Ngoài kiến ​​thức khá cơ bản này, thí nghiệm mới còn mở ra triển vọng cho một ứng dụng kỹ thuật: Sản xuất kim cương có kích thước nanomet phù hợp, vốn đã được bao gồm trong chất mài mòn và chất đánh bóng. Trong tương lai, chúng được cho là sẽ được sử dụng làm cảm biến lượng tử có độ nhạy cao, chất tương phản y tế và máy gia tốc phản ứng hiệu quả, để tách CO2 chẳng hạn. "Cho đến nay, những viên kim cương loại này có Kraus giải thích chủ yếu được sản xuất bằng cách kích nổ chất nổ.

    Một tia laser hiệu suất cao bắn ra 10 tia sáng mỗi giây vào phim PET, tấm phim này được chiếu sáng bởi chùm tia trong khoảng thời gian 1/10 giây. Do đó, các viên kim cương nano đã tạo ra các tia bắn ra khỏi phim và hạ cánh trong một bể thu thập chứa đầy nước. Ở đó chúng được giảm tốc và sau đó có thể được lọc và thu hoạch một cách hiệu quả. Ưu điểm thiết yếu của phương pháp này trái ngược với sản xuất bằng chất nổ là "các viên kim cương nano có thể được cắt tùy chỉnh theo kích thước hoặc thậm chí pha tạp với các nguyên tử khác", Dominik Kraus nói. "Tia laser tia X có nghĩa là chúng tôi có một công cụ phòng thí nghiệm có thể kiểm soát chính xác sự phát triển của kim cương."

    Zalo
    Hotline