Peneliti Jerman Menggunakan Teknologi Laser untuk Mengubah Plastik Menjadi Nano-Diamond dan Berhasil Menangkapnya

Peneliti di Jerman telah berhasil mengubah plastik biasa menjadi kristal kecil yang menyerupai berlian menggunakan laser yang kuat, dan berhasil menangkap kristal tersebut secara utuh. Tim dari Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) dan Universitas Rostock menunjukkan bahwa nano-diamond ini dapat bertahan dalam kondisi tekanan dan suhu ekstrem, dan kembali dengan aman ke lingkungan biasa. Setiap partikel yang dipulihkan memiliki ukuran rata-rata 3 nanometer, atau tiga miliar bagian dari satu meter, dan mengandung sekitar 3.000 atom karbon. Metode laser ini mampu menghasilkan produk dengan kemurnian tinggi, ukuran kecil, dan ukuran partikel yang sangat sesuai, yang tidak dapat dicapai oleh metode produksi tradisional (termasuk ledakan).

Mensimulasikan Kondisi Lingkungan Ekstrem

Pekerjaan ini dimulai dengan mensimulasikan kondisi di dalam Neptunus dan Uranus, di mana suhu dapat mencapai ribuan derajat Celsius dan tekanan mencapai jutaan kali tekanan atmosfer Bumi. Laser yang diarahkan pada plastik menciptakan kondisi untuk pembentukan karbon menjadi berlian, meskipun tim awalnya hanya dapat mendeteksi kristal tersebut dalam waktu singkat. Dominik Kraus dari Institut Penelitian Fisika Energi Tinggi HZDR menyatakan bahwa tim mengharapkan terbentuknya nano-diamond, tetapi kecepatan pembentukannya mengejutkan mereka.

Tim ini mengumpulkan berlian di fasilitas Extreme Light Infrastructure (ELI) yang terletak di selatan Praha, sebuah fasilitas laser yang menggabungkan energi pulsa yang sangat tinggi dengan frekuensi tinggi. Di lokasi L4n-P3, laser memancarkan tiga kali per menit, menargetkan film plastik PET setebal 0,004 inci (100 mikron). Setiap pulsa mengirimkan gelombang kejut melalui film, mengompresi plastik, membentuk nano-diamond, dan mendorongnya ke dalam silinder pengumpul. Dalam eksperimen pengumpulan, plastik dikompresi hingga tekanan sekitar 100 gigapascal, setara dengan 14,5 juta pon per inci persegi.

Ketika gelombang kompresi memasuki ruang hampa dari sampel, ia membuat berlian bergerak dengan kecepatan lebih dari 22.000 mil per jam (10 kilometer per detik), setara dengan tabrakan meteorit. Menangkap integritasnya memerlukan media yang sangat lembut, sehingga tim menggunakan gel ion larut dalam air yang efektif di ruang hampa. Setiap tembakan laser menghasilkan sekitar 10 triliun berlian, tetapi untuk mengumpulkan beberapa ratus mikrogram sampel diperlukan sekitar 100 tembakan. Ini cukup untuk melakukan analisis karakteristik partikel menggunakan mikroskop elektron ELMI-MV di Universitas Rostock, yang mampu memecahkan atom tunggal.

Penulis utama dari HZDR, Ben Heuser, menyatakan bahwa melihat momen ketika berlian yang dimurnikan muncul adalah "momen istimewa yang telah kami perjuangkan selama bertahun-tahun."

Peluang Aplikasi Nano-Diamond

Nano-diamond yang keras, stabil, dan tahan panas telah digunakan dalam penggilingan dan bahan penggosok. Partikel yang lebih kecil, lebih bersih, dan ukuran yang konsisten dapat memperluas aplikasinya di bidang medis, material, dan energi, termasuk sensor kuantum dan kontras pemindaian. Berlian yang lebih kecil memberikan luas permukaan total yang lebih besar dengan jumlah material yang sama, yang dapat meningkatkan efisiensi katalitik dalam proses seperti pemecahan karbon dioksida dengan sinar matahari. Memulai dari plastik juga memudahkan untuk mendoping berlian dengan elemen lain, sehingga dapat disesuaikan untuk meningkatkan kontras MRI, misalnya.

Tujuan berikutnya adalah karbon BC8. Laser efisiensi tinggi dari penelitian fusi nuklir dapat memancarkan pulsa kuat lebih sering, sehingga proses ini memiliki potensi untuk skala besar. Tujuan peneliti adalah mencapai rentang miligram, yang setara dengan produksi tradisional. Tim juga berharap untuk menggunakan kompresi laser untuk memproduksi BC8, bentuk karbon yang hingga kini hanya diprediksi secara teoritis. Diperkirakan densitasnya akan lebih tinggi daripada berlian, sama kerasnya, dan tidak mudah pecah. Kondisi yang diperlukan untuk membentuk BC8 tidak ada di Bumi, sehingga peneliti berencana melakukan eksperimen pertama di bawah tekanan lebih tinggi pada bulan November.