Diamenty z plastiku? Nowe odkrycia naukowe

Mając do dyspozycji próbkę plastiku takiego samego, jakiego używa się przy produkcji butelki od napojów, naukowcy stworzyli malutkie mikrodiamenty. Potraktowali próbkę silnym laserem i badali ją promieniami rentgenowskimi. Naukowcy sugerują, że diamenty mogą formować się wewnątrz gigantów lodowych, takich jak Neptun i Uran.

Jak powstają diamenty z plastiku?

W swoim badaniu naukowcy kierowali strumień lasera na próbkę plastiku. Wykorzystano zwykły plastik PET, czyli politereftalan etylenu, (C10H8O4)_n. Każdy impuls lasera przechodził przez plastik, zwiększając ciśnienie i temperaturę wewnątrz.

Formowanie się diamentów zaobserwowano w ciśnieniu z zakresu ok. 70–125 GPa oraz temperaturze 3500–6000 K. Do obserwacji wyników przemiany wykorzystano techniki rentgenografii strukturalnej i rozpraszanie promieni rentgenowskich pod małymi kątami. Dzięki temu uzyskano wgląd w kinetykę reakcji oraz potwierdzono wytworzenie diamentów, czyli znaleziono kryształki o odpowiednim układzie krystalograficznym.

„Po poddaniu próbki ciśnieniu w wielkości ok. miliona atmosfer ziemskich i podgrzaniu do tysięcy stopni Celsjusza formują się w niej nanodiamenty”

mówi fizyk Dominik Kraus ze współpracownikami w czasopiśmie „Science Advances”.

Idea produkcji diamentów w ten sposób wydaje się być bardzo prosta. Obecnie do produkcji nanodiamentów używa się metod wykorzystujących wybuchy, jednak kontrolowanie takich procesów jest trudne. Wykorzystana w badaniu technika pozwala tworzyć nanodiamenty, które są o wiele lepiej dopasowane do konkretnych zastosowań. Przypuszcza się, że można je będzie wykorzystać w urządzeniach kwantowych stworzonych na bazie diamentów z defektami, na przykład atomami azotu zastępującymi atomy węgla.

Po co naukowcy przeprowadzili eksperyment? Warunki jak na Uranie

Jakkolwiek produkcja diamentów w laboratorium jest bardzo ciekawa, to sama w sobie nie była celem naukowców. Przez swój eksperyment chcieli oni dowiedzieć się czegoś więcej o reakcjach chemicznych zachodzących wewnątrz odległych planet.

Co wspólnego ma eksperyment przeprowadzony w laboratorium z najdalszymi rubieżami Układu Słonecznego? Lodowe giganty, takie jak Neptun czy Uran, mają podobne temperatury, ciśnienie i kombinację pierwiastków jak materiały użyte w eksperymencie.

Na powierzchni lodowych gigantów panują tak ekstremalne warunki, że występuje tam specyficzna chemia przemian strukturalnych. Do tej pory naukowcy wytworzyli w podobny sposób diamenty, symulując warunki panujące na lodowych olbrzymach, jednak wykorzystali do tego węglowodory.

To też Cię zainteresuje: Jak powstają gwiazdy? Naukowcy rozwiązują tajemnicę

Olbrzymy, takie jak Neptun i Uran, są bardzo liczne w naszej galaktyce. Uważa się, że wnętrza tych ciał niebieskich składają się głównie z gęstej płynnej mieszaniny wody, metanu i amoniaku. Ze względu na wysokie ciśnienia i temperatury głęboko wewnątrz tych planet, mieszanina materii prawdopodobnie ulega reakcjom chemicznym i przemianom strukturalnym, takim jak dysocjacja węglowodorów i separacja faz umożliwiająca tworzenie diamentów i prawdopodobnie metalicznego wodoru lub wody superjonowej.

Obecność różnych związków chemicznych o różnych właściwościach cieplnych czy magnetycznych wpływa na występowanie i kształt magnetosfery wokół planety. Naukowców bardzo ciekawi wyjaśnienie asymetrii nietypowych pól magnetycznych Urana i Neptuna.

Co jeszcze wiemy o lodowych olbrzymach? Kluczowa rola tlenu

W celu uzyskania dalszych wniosków na temat procesów zachodzących w lodowych olbrzymach należy wziąć pod uwagę obecność wody, a tym samym duże ilości tlenu. Badanie próbek C─H─O zapewnia bardziej realistyczny scenariusz niż badanie czystych układów węglowodorowych lub wodnych.  

Zobacz też: Kosmiczne kwazikryształy na Ziemi

PET oprócz wodoru i węgla zawiera tlen. Ma podobny skład chemiczny, co w lodowych gigantach. Tlen w tym przypadku wydaje się brać udział w tworzeniu diamentów. Zaobserwowana separacja węgla od wody sugeruje, że tlen wzmacnia zjawisko występowania opadów diamentowych w lodowych gigantach. To może prowadzić do izolowania się wody i formowania struktur superjonowych, wpływających na pola magnetyczne w planetach.

Źródła:

www.sciencenews.org/article/diamonds-laser-plastic-bottle-planets-physics

www.science.org/doi/epdf/10.1126/sciadv.abo0617

Autor

Kamila Rajfur

Fascynują mnie przede wszystkim najnowsze osiągnięcia z dziedziny nanotechnologii, ale ze zdumieniem dziecka obserwuję też odkrycia naukowe z innych dziedzin. Ukończyłam kierunek Fizyka Techniczna na Wydziale Podstawowych Problemów Techniki na Politechnice Wrocławskiej. Uwielbiam żeglować, szczególnie pod wiatr oraz odkrywać Polskę po kawałku. Z zajęć domowych wygrywają książki i puzzle.

Więcej od tego autora