นักวิจัยจากเยอรมนีใช้เทคโนโลยีเลเซอร์เปลี่ยนพลาสติกให้เป็นเพชรนาโนและประสบความสำเร็จในการจับภาพ

นักวิจัยจากเยอรมนีได้ใช้เลเซอร์ที่มีพลังสูงในการเปลี่ยนพลาสติกทั่วไปให้เป็นเพชรขนาดเล็ก และสามารถจับภาพผลึกที่สมบูรณ์ได้ ทีมงานจากศูนย์ Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) และมหาวิทยาลัย Rostock แสดงให้เห็นว่าเพชรนาโนเหล่านี้สามารถอยู่รอดในสภาวะที่มีความกดดันและอุณหภูมิสูงสุดได้ และสามารถกลับสู่สภาพแวดล้อมปกติได้อย่างปลอดภัย โดยเฉลี่ยแล้วแต่ละอนุภาคที่ถูกเก็บเกี่ยวมีขนาดประมาณ 3 นาโนเมตร หรือสามสิบล้านส่วนหนึ่งของเมตร และประกอบด้วยอะตอมคาร์บอนประมาณ 3,000 อะตอม วิธีการเลเซอร์นี้สามารถผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีความบริสุทธิ์สูง ขนาดเล็ก และขนาดอนุภาคที่ตรงกันได้ ซึ่งเป็นสิ่งที่วิธีการผลิตแบบดั้งเดิม (รวมถึงการระเบิด) ไม่สามารถทำได้

จำลองสภาวะแวดล้อมสุดขั้ว

การเริ่มต้นของงานนี้คือการจำลองสภาวะภายในของดาวเนปจูนและดาวยูเรนัส ซึ่งมีอุณหภูมิสูงถึงหลายพันองศาเซลเซียส และความกดดันเป็นล้านเท่าของความกดดันในบรรยากาศโลก การฉายเลเซอร์ไปที่พลาสติกสร้างเงื่อนไขที่คาร์บอนจะเกิดเป็นเพชร แม้ว่าทีมงานจะสามารถตรวจจับผลึกเหล่านี้ได้เพียงชั่วคราวในตอนแรก Dominik Kraus จากสถาบันฟิสิกส์ความหนาแน่นพลังงานสูง HZDR กล่าวว่า ทีมงานคาดว่าจะเกิดเพชรนาโนขึ้น แต่ความเร็วในการเกิดนั้นทำให้พวกเขารู้สึกประหลาดใจ

ทีมงานได้เก็บเกี่ยวเพชรเหล่านี้ที่สิ่งอำนวยความสะดวกเลเซอร์สุดขั้ว (ELI) ทางตอนใต้ของปราก ซึ่งเป็นสถานที่ที่รวมพลังงานพัลส์ที่สูงมากและอัตราการทำซ้ำที่สูง ในสถานี L4n-P3 ของพวกเขา เลเซอร์จะยิงสามครั้งต่อหนึ่งนาที โดยมุ่งเป้าไปที่ฟิล์มพลาสติก PET ที่มีความหนา 0.004 นิ้ว (100 ไมครอน) ทุกครั้งที่มีพัลส์จะส่งคลื่นกระแทกผ่านฟิล์มไปยังพลาสติก ทำให้เกิดเพชรนาโนและผลักมันออกไปยังถังเก็บ ในการทดลองเก็บเกี่ยว พลาสติกถูกบีบอัดจนมีความกดดันประมาณ 100 กิกะปาสคาล (gigapascals) หรือประมาณ 14.5 ล้านปอนด์ต่อตารางนิ้ว

เมื่อคลื่นการบีบอัดจากตัวอย่างเข้าสู่สุญญากาศ มันทำให้เพชรมีความเร็วเกิน 22,000 ไมล์ต่อชั่วโมง (10 กิโลเมตรต่อวินาที) ซึ่งเทียบเท่ากับการชนของอุกกาบาต การจับภาพความสมบูรณ์ของพวกมันต้องการสื่อที่มีความนุ่มนวลมาก ดังนั้นทีมงานจึงใช้เจลไอออนที่ละลายน้ำได้ซึ่งมีประสิทธิภาพในสุญญากาศ ทุกครั้งที่ยิงเลเซอร์จะผลิตเพชรประมาณ 10 ล้านเม็ด แต่การเก็บตัวอย่างไม่กี่ร้อยไมโครกรัมต้องใช้การยิงประมาณ 100 ครั้ง ซึ่งเพียงพอสำหรับการวิเคราะห์ลักษณะของอนุภาคด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ELMI-MV ของมหาวิทยาลัย Rostock ซึ่งสามารถแยกอะตอมเดี่ยวได้

Ben Heuser ผู้เขียนหลักจาก HZDR กล่าวว่า การได้เห็นเพชรที่ถูกทำให้บริสุทธิ์ในขณะนั้นเป็น "ช่วงเวลาที่พิเศษที่เราทำงานกันมาหลายปี"

อนาคตของการใช้งานเพชรนาโน

เพชรนาโนมีความแข็งแรง เสถียร และทนต่อความร้อน ได้ถูกนำไปใช้ในสารขัดถูและสารขัดเงา อนุภาคที่เล็กกว่า สะอาดกว่า และมีขนาดสม่ำเสมออาจขยายการใช้งานในด้านการแพทย์ วัสดุ และพลังงาน รวมถึงเซ็นเซอร์ควอนตัมและสารทดสอบการสแกน เพชรที่เล็กกว่าจะให้พื้นที่ผิวรวมที่มากขึ้นในปริมาณวัสดุที่เท่ากัน ซึ่งอาจเพิ่มประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการต่างๆ เช่น การใช้แสงแดดในการสลายคาร์บอนไดออกไซด์ การเริ่มต้นจากพลาสติกยังทำให้การเติมสารอื่นๆ ลงในเพชรทำได้ง่ายขึ้น ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการทำงานของสารทดสอบ MRI เป็นต้น

เป้าหมายถัดไปคือคาร์บอน BC8 เลเซอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงจากการวิจัยฟิวชันนิวเคลียร์สามารถยิงพัลส์ที่แรงได้บ่อยขึ้น ซึ่งทำให้กระบวนการนี้สามารถขยายขนาดได้ เป้าหมายของนักวิจัยคือการเข้าถึงช่วงมิลลิกรัม ซึ่งเทียบเท่ากับการผลิตแบบดั้งเดิม ทีมงานยังหวังที่จะใช้การบีบอัดด้วยเลเซอร์เพื่อผลิต BC8 ซึ่งเป็นรูปแบบของคาร์บอนที่คาดการณ์ไว้ในทางทฤษฎีเท่านั้น สันนิษฐานว่าความหนาแน่นของมันจะสูงกว่าเพชร มีความแข็งแรงเท่ากันและไม่เปราะหักง่าย สภาวะที่ต้องการในการสร้าง BC8 ไม่มีอยู่บนโลก ดังนั้นนักวิจัยจึงวางแผนที่จะทำการทดลองครั้งแรกที่ความกดดันสูงขึ้นในเดือนพฤศจิกายน