17 Sep Prodhimi i nanodiamanteve nga plastika e shisheve

Çfarë ndodh brenda planetëve si Neptuni dhe Urani? Për të zbuluar, një ekip ndërkombëtar i kryesuar nga Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Universiteti i Rostokut dhe École Polytechnique i Francës kryen një eksperiment të ri. Ata hodhën një lazer në një shtresë të hollë plastike të thjeshtë PET dhe hetuan se çfarë ndodhi duke përdorur ndezje intensive lazer. Një rezultat ishte se studiuesit ishin në gjendje të konfirmonin tezën e tyre të mëparshme se me të vërtetë bie shi diamante brenda gjigantëve të akullit në periferi të sistemit tonë diellor. Dhe një tjetër ishte se kjo metodë mund të krijonte një mënyrë të re të prodhimit të nanodiamanteve, të cilat nevojiten, për shembull, për sensorët kuantikë shumë të ndjeshëm. Grupi i ka prezantuar gjetjet e tij në revistën Science Advances.

Kushtet në brendësi të planetëve gjigantë të akullt si Neptuni dhe Urani janë ekstreme: temperaturat arrijnë disa mijëra gradë Celsius dhe presioni është miliona herë më i madh se në atmosferën e Tokës. Megjithatë, gjendje si kjo mund të simulohen shkurtimisht në laborator: ndezjet e fuqishme lazer godasin një mostër materiali të ngjashëm me filmin, e ngrohin atë deri në 6000 gradë Celsius sa hap e mbyll sytë dhe gjenerojnë një valë goditëse që ngjesh materialin për disa nanosekonda në një milion herë më shumë se presionin atmosferik.

“Deri tani, ne kemi përdorur filma me hidrokarbure për këto lloj eksperimentesh,” shpjegon Dominik Kraus, fizikan në HZDR dhe profesor në Universitetin e Rostock. “Dhe ne zbuluam se ky presion ekstrem prodhoi diamante të imët, të njohur si nanodiamante.”

Megjithatë, duke përdorur këto filma, ishte vetëm pjesërisht e mundur të simulohej brendësia e planetëve  sepse gjigantët e akullit nuk përmbajnë vetëm karbon dhe hidrogjen, por edhe sasi të mëdha oksigjeni. Gjatë kërkimit të materialit të përshtatshëm filmik, grupi goditi një substancë të përditshme: PET, rrëshirë nga e cila bëhen shishet e zakonshme plastike. “PET ka një ekuilibër të mirë midis karbonit, hidrogjenit dhe oksigjenit për të simuluar aktivitetin në planetët e akullit,” shpjegon Kraus.

Ekipi kreu eksperimentet e tij në Laboratorin Kombëtar të Përshpejtuesit SLAC në Kaliforni, vendndodhja e Burimit Koherent të Dritës Linac (LCLS), një lazer i fuqishëm me rreze X të bazuar në përshpejtues. Ata e përdorën atë për të analizuar se çfarë ndodh kur ndezjet intensive lazer godasin një film PET, duke përdorur dy metoda matëse në të njëjtën kohë: difraksioni me rreze X për të përcaktuar nëse u prodhuan nanodiamante dhe të ashtuquajturat shpërndarje me kënd të vogël për të parë sa shpejt dhe sa i madh. diamantet u rritën.

Një ndihmës i madh: Oksigjeni

“Efekti i oksigjenit ishte të përshpejtonte ndarjen e karbonit dhe hidrogjenit dhe në këtë mënyrë të inkurajonte formimin e nanodiamantit”, thotë Dominik Kraus, duke raportuar mbi rezultatet. “Kjo do të thotë se atomet e karbonit mund të kombinohen më lehtë dhe të formojnë diamante.” Kjo më tej mbështet supozimin se fjalë për fjalë bie shi diamante brenda gjigantëve të akullit. Gjetjet ndoshta nuk janë të rëndësishme vetëm për Uranin dhe Neptunin, por edhe për planetë të tjerë të panumërt në galaktikën tonë. Ndërsa gjigantë të tillë të akullit më parë konsideroheshin si gjëra të rralla, tani duket qartë se ata janë ndoshta forma më e zakonshme e planetit jashtë sistemit diellor.

Ekipi hasi gjithashtu sugjerime të një lloji tjetër: Në kombinim me diamantet, uji duhet të prodhohet, por në një variant të pazakontë. “Mund të jetë formuar i ashtuquajturi ujë superionik,” -thotë Kraus. “Atomet e oksigjenit formojnë një rrjetë kristalore në të cilën bërthamat e hidrogjenit lëvizin lirshëm.”

Për shkak se bërthamat janë të ngarkuara elektrikisht, uji superionik mund të përçojë rrymë elektrike dhe kështu të ndihmojë në krijimin e fushës magnetike të gjigantëve të akullit. Megjithatë, në eksperimentet e tyre, grupi hulumtues nuk ishte ende në gjendje të provonte pa mëdyshje ekzistencën e ujit superionik në përzierjen me diamante. Kjo është planifikuar të ndodhë në bashkëpunim të ngushtë me Universitetin e Rostokut në European XFEL në Hamburg, lazeri më i fuqishëm me rreze X në botë. Atje, HZDR kryeson konsorciumin ndërkombëtar të përdoruesve HIBEF i cili ofron kushte ideale për eksperimente të këtij lloji.

Fabrika precize për nanodiamantet

Përveç kësaj njohurie mjaft themelore, eksperimenti i ri hap gjithashtu perspektiva për një aplikim teknik: Prodhimi i përshtatur i diamanteve me madhësi nanometrike, të cilët tashmë janë përfshirë në gërryes dhe agjentë lustrues. Në të ardhmen, ata supozohet të përdoren si sensorë kuantikë shumë të ndjeshëm, agjentë kontrasti mjekësor dhe përshpejtues efikas të reagimit, për shembull për ndarjen e CO2. “Deri më tani, diamante të këtij lloji janë prodhuar kryesisht nga eksplozivët shpërthyes”, shpjegon Kraus. “Me ndihmën e ndezjeve lazer, ato mund të prodhohen shumë më pastër në të ardhmen.”

Një lazer me performancë të lartë lëshon dhjetë ndezje në sekondë në një sasi PET, i cili ndriçohet nga rrezja në intervale prej një të dhjetës së sekondës. Nanodiamantet e krijuar kështu dalin nga sasia dhe zbresin në një rezervuar grumbullues të mbushur me ujë. Atje ato ngadalësohen dhe më pas mund të filtrohen dhe të korren në mënyrë efektive. Avantazhi thelbësor i kësaj metode në ndryshim nga prodhimi nga eksplozivët është se “nanodiamantet mund të priten me porosi në lidhje me madhësinë apo edhe çift me atome të tjera,” – thotë Dominik Kraus. “Lazeri me rreze X do të thotë se ne kemi një mjet laboratorik që mund të kontrollojë saktësisht rritjen e diamanteve.”