Німецькі фізики навчилися перетворювати звичайний пластик, з якого виготовляють пляшки для води, на справжні алмази за допомогою потужного лазера. Один лазерний імпульс дозволяє отримати близько 10 трильйонів нанодіамантів, а нова технологія вперше дала змогу зібрати ці мікроскопічні кристали неушкодженими.
Науковці з німецького Центру Гельмгольца в Дрездені та Ростокського університету розробили спосіб отримання алмазів із поліетилентерефталату, відомого як ПЕТ. Саме цей матеріал широко використовують для виробництва пластикових пляшок.
Під час експерименту фізики спрямовували потужний лазер на тонку пластикову плівку. Унаслідок впливу лазерного імпульсу виникала ударна хвиля, яка стискала матеріал під надзвичайно високим тиском.
Тиск сягав приблизно 100 гігапаскалів, що майже в мільйон разів перевищує звичайний атмосферний. За таких умов атоми вуглецю починали перебудовуватися, утворюючи кристалічну структуру алмазу.
Увесь процес тривав лише кілька наносекунд. За один імпульс лазера дослідникам вдавалося отримати приблизно 10 трильйонів нанодіамантів.
Проте головною проблемою тривалий час залишалося збереження отриманих кристалів. Після утворення нанодіаманти вилітали з місця експерименту зі швидкістю понад 10 кілометрів за секунду, тому удар об тверду поверхню міг їх зруйнувати.
Щоб розв’язати цю проблему, науковці розмістили за пластиковою плівкою спеціальний м’який гель. Він поглинав енергію удару та дозволяв зупинити частинки без значних пошкоджень.
Після завершення експерименту гель розчиняли у воді, а нанодіаманти збирали для подальшого дослідження. Саме можливість зберегти кристали неушкодженими стала головним досягненням нової технології.
Розміри отриманих алмазів надзвичайно малі. Кожен кристал має діаметр приблизно три нанометри та складається близько з 3000 атомів вуглецю.
Перший автор дослідження Бен Гойзер назвав успішне отримання неушкоджених кристалів особливим моментом після багатьох років роботи. Результати експериментів опублікували в науковому журналі Diamond and Related Materials.
Цікаво, що спочатку дослідники зовсім не ставили за мету створити новий спосіб виробництва алмазів. Їхня робота була присвячена вивченню процесів, які можуть відбуватися глибоко всередині Урана та Нептуна.
Науковці припускають, що в надрах цих планет через колосальний тиск метан може перетворюватися на алмази. Утворені кристали згодом опускаються в глибші шари планет, створюючи явище, яке називають алмазними дощами.
Відтворення подібних умов у лабораторії допомогло фізикам не лише дослідити можливі процеси всередині далеких планет, а й знайти перспективний спосіб отримання нанодіамантів на Землі.
Сьогодні такі кристали переважно виготовляють за допомогою вибухових технологій. Однак після цього в отриманому матеріалі залишаються домішки металів, для видалення яких доводиться використовувати кислоту.
Лазерний спосіб може стати альтернативою традиційному виробництву. Крім того, він дозволяє вводити до структури нанодіамантів атоми інших хімічних елементів, змінюючи їхні властивості.
Нанодіаманти вже застосовують для полірування різних поверхонь. У перспективі спеціально модифіковані кристали можуть використовувати у квантових сенсорах і як контрастні речовини під час магнітно-резонансної томографії.
Поки що головним обмеженням технології залишається швидкість виробництва. Наявне обладнання здатне створювати лише три лазерні імпульси на хвилину, чого недостатньо для промислового застосування.
Тому дослідники вже працюють над потужнішою лазерною системою, яка зможе генерувати до 10 імпульсів щосекунди. Це має значно збільшити кількість нанодіамантів, які можна отримувати за допомогою нової технології.
🌟 Читайте «Експерт» у своєму смартфоні — додайте нас в Google Discover
