- Los investigadores utilizan láser para convertir plástico en nanodiamantes y logran capturar cristales.
- Los nanodiamantes pueden sobrevivir en condiciones extremas y regresar de manera segura a un entorno normal.
- Los nanodiamantes más pequeños pueden ampliar las aplicaciones en medicina y materiales.
- Los investigadores planean realizar experimentos a presiones más altas para producir carbono BC8.
Investigadores en Alemania han utilizado un potente láser para transformar plástico común en diminutos diamantes, logrando capturar cristales completos. El equipo del Centro HZDR de Dresde-Rossendorf y de la Universidad de Rostock ha demostrado que estos nanodiamantes pueden sobrevivir en condiciones extremas de presión y temperatura, y regresar de manera segura a un entorno normal. Cada partícula recuperada tiene un tamaño promedio de 3 nanómetros, es decir, tres mil millonésimas de metro, y contiene aproximadamente 3,000 átomos de carbono. Este método láser permite producir productos de alta pureza, pequeño tamaño y tamaño de partícula ajustado, algo que los métodos de producción tradicionales (incluidos los explosivos) no pueden lograr.
Simulando condiciones extremas
El inicio de este trabajo fue simular las condiciones en el interior de Neptuno y Urano, donde las temperaturas pueden alcanzar miles de grados Celsius y la presión es millones de veces la presión atmosférica de la Tierra. El láser irradiando el plástico creó las condiciones para que el carbono formara diamantes, aunque el equipo inicialmente solo pudo detectar estos cristales brevemente. Dominik Kraus, del nuevo Instituto de Física de Alta Densidad de Energía del HZDR, indicó que el equipo esperaba la formación de nanodiamantes, pero la velocidad de su formación los sorprendió.
El equipo recuperó estos diamantes en la Infraestructura de Luz Extrema (ELI) ubicada al sur de Praga, una instalación láser que combina energía de pulso muy alta y alta frecuencia de repetición. En su sitio L4n-P3, el láser dispara tres veces por minuto, apuntando a una película de plástico PET de 0.004 pulgadas (100 micrómetros) de grosor. Cada pulso envía una onda de choque a través de la película, comprimiendo el plástico, formando nanodiamantes y expulsándolos hacia un cilindro de recolección. En los experimentos de recuperación, el plástico se comprime a una presión de aproximadamente 100 gigapascales, equivalente a unas 14.5 millones de libras por pulgada cuadrada.
Cuando la onda de compresión entra en el vacío desde la muestra, hace que los diamantes se desplacen a más de 22,000 millas por hora (10 kilómetros por segundo), equivalente al impacto de un meteorito. Capturar su integridad requiere un medio muy suave, por lo que el equipo utilizó un gel iónico soluble en agua que es efectivo en el vacío. Cada disparo del láser genera aproximadamente 10 millones de diamantes, pero recolectar unas pocas centenas de microgramos de muestra requiere alrededor de 100 disparos. Esto es suficiente para realizar un análisis de características de las partículas utilizando el microscopio electrónico ELMI-MV de la Universidad de Rostock, que puede resolver átomos individuales.
Ben Heuser, autor principal del HZDR, afirmó que ver la purificación de los diamantes en ese momento fue "un momento especial por el que hemos estado trabajando durante años".
Perspectivas de aplicación de los nanodiamantes
Los nanodiamantes son duros, estables y resistentes al calor, y ya se utilizan en abrasivos y pulidores. Partículas más pequeñas, más limpias y de tamaño uniforme pueden ampliar sus aplicaciones en medicina, materiales y energía, incluyendo sensores cuánticos y agentes de contraste para escaneo. Los diamantes más pequeños ofrecen una mayor área de superficie total con la misma cantidad de material, lo que puede mejorar su eficiencia catalítica en procesos como la descomposición de dióxido de carbono utilizando luz solar. Comenzar con plástico también facilita la dopaje de otros elementos en los diamantes, lo que permite personalizar tareas como mejorar agentes de contraste para MRI.
El próximo objetivo es el carbono BC8. Lásers de mayor eficiencia energética provenientes de la investigación de fusión nuclear pueden disparar pulsos fuertes con mayor frecuencia, lo que hace que el proceso sea escalable. El objetivo del equipo es alcanzar el rango de miligramos, comparable a la producción tradicional. El equipo también espera utilizar la compresión láser para fabricar BC8, una forma de carbono que hasta ahora solo ha sido predicha teóricamente. Se espera que su densidad sea superior a la del diamante, igualmente dura y menos propensa a fracturarse. Las condiciones necesarias para formar BC8 no existen en la Tierra, por lo que los investigadores planean realizar el primer experimento a mayor presión en noviembre.
Ítem Especificaciones Tamaño promedio de los nanodiamantes 3 nanómetros Número de átomos de carbono aproximadamente 3,000 átomos Grosor de la película de plástico 0.004 pulgadas (100 micrómetros) Presión de compresión aproximadamente 100 gigapascales Velocidad de los diamantes más de 22,000 millas por hora (10 kilómetros por segundo)
Potencial de la tecnología láser para convertir plástico
Este estudio muestra el potencial de la tecnología láser en la ciencia de materiales, especialmente en la conversión de plástico desechado en valiosos nanodiamantes. Los nanodiamantes no solo poseen excelentes propiedades físicas, sino que también pueden aplicarse en múltiples campos, como la medicina y la energía. A medida que la tecnología avanza, es posible que surjan métodos de producción más eficientes, lo que tendrá un impacto positivo en la protección del medio ambiente y el reciclaje de recursos. El próximo objetivo del equipo de investigación es explorar formas de carbono de mayor densidad, lo que impulsará aún más la aplicación y el desarrollo de materiales nanométricos.