Лазер создает удивительно чистые алмазы из пластика
Наноалмазы — крошечные алмазные частицы размером в миллионные доли миллиметра — обладают уникальными свойствами: чрезвычайной твердостью, стабильностью, термостойкостью и удивительной адаптивностью для применения в медицине, создании новых материалов, катализе и энергетике.
Светлана ЛевченкоАвтор новостей
Специалисты Центра Гельмгольца в Дрездене-Росендорфе и Ростокского университета разработали технологию систематического производства сверхчистых ультрамалых алмазов с узким распределением по размерам, сжимая пластик мощными лазерами. Такого результата невозможно достичь традиционными методами, в том числе, взрывным синтезом.
Изначально ученые создавали наноалмазы для изучения планетарной физики. Обстреливая пластик мощными лазерами, они моделировали экстремальные условия внутри планет, например, Нептуна или Урана, где при температурах в несколько тысяч градусов Цельсия давление в миллионы раз превышает атмосферное — это идеальные условия для превращения углерода в алмазы. «Мы ожидали формирования наноалмазов при таких условиях. Но нас удивило, насколько быстро это произошло, что сразу натолкнуло на идею потенциального технического применения», — рассказывает Доминик Краус, основатель нового Института физики высоких плотностей энергии HEDI и профессор Ростокского университета.
Однако тогда ученые лишь показали процесс образования алмазов в экстремальных условиях. Теперь им удалось доказать, что наноалмазы выживают при переходе к нормальному давлению и температуре.
Эксперименты проводились на установке Extreme Light Infrastructure к югу от Праги — уникальном лазерном комплексе с высокой частотой повторения импульсов при очень высоких энергиях. Трижды в минуту мощный лазер установки L4n-P3 обстреливает 100-микрометровую пленку из полиэтилентерефталата. Наноалмазы формируются внутри ударной волны, затем выбрасываются из пленки как снаряды и собираются в цилиндре с улавливающим веществом.
Краус описывает технический вызов: «Когда волна сжатия достигает конца образца и резко входит в вакуум, наноалмазы ускоряются до скоростей более 10 километров в секунду — это можно сравнить с ударом метеорита. Чтобы предотвратить немедленное разрушение при столкновении, нам нужна очень мягкая улавливающая среда». В качестве такой среды ученые выбрали вакуумно-совместимый водорастворимый ионный гель.
Каждый выстрел отправляет в цилиндр примерно 10 триллионов алмазов нанометрового диапазона почти одинакового размера. При среднем диаметре в три миллиарднын доли метра один наноалмаз состоит примерно из 3000 атомов углерода. Чтобы получить несколько сотен микрограммов материала специалистам потребовалось около 100 выстрелов.
Ключевое преимущество лазерного сжатия — способность производить более мелкие и чистые наноалмазы определенного размера. В будущем они могут служить сверхчувствительными квантовыми сенсорами, медицинскими контрастными агентами и эффективными катализаторами, например, для расщепления CO₂ солнечным светом. Кроме того, ученые планируют создать экзотический материал BC8 — форму углерода плотнее и тверже алмаза, но менее хрупкую.
Ранее ученые обнаружили, что алмазы могут вырабатывать электричество.
Поделиться
