Lazerle sıkıştırılan plastikten 3 nanometrelik saf elmaslar üretildi

Sorun elmas yapmak değil, onu toplamak

Basınç dalgası filmin arka yüzüne ulaştığında aniden boşluğa çıkıyor ve yeni oluşmuş nanoelmaslar saniyede 10 kilometreyi aşan hızla fırlıyor. HZDR'de Yüksek Enerji Yoğunluğu Enstitüsü'nün kurucu müdürü Profesör Dominik Kraus'un anlattığı ayrıntı bu: parçacıklar o hızda bir yüzeye çarparsa parçalanıyor. Ekip bu yüzden fırlayanları, vakumda kararlı kalabilen ve suda çözünen iyonik bir jelin içinde yakalıyor. Jel çözülünce elmaslar elde kalıyor.

Ölçüler şöyle: parçacıkların çapı ortalama 3 nanometre, yani metrenin milyarda üçü. Böyle bir tanecik kabaca 3.000 karbon atomundan oluşuyor. Tek atışta yaklaşık 10 trilyon tanecik üretiliyor. Sonuçlar Rostock Üniversitesi'ndeki ELMI-MV elektron mikroskobuyla doğrulandı.

Tablodaki verilerin tamamı HZDR'nin duyurusundan ve çalışmanın künyesinden. Baş yazar, doktora araştırmacısı Ben Heuser.

Neden patlatma yönteminden iyi

Nanoelmas bugün zaten üretiliyor ve endüstriyel olarak satılıyor. Yerleşik yöntem "detonasyon": kapalı bir kapta karbon içeren patlayıcılar ateşleniyor, açığa çıkan basınç ve sıcaklık karbonu elmasa çeviriyor. Ucuz ama kaba bir yöntem — çıkan taneciklerin boyutları geniş bir aralığa dağılıyor ve ürünün içinde metal ve grafit kalıntıları oluyor, bunların temizlenmesi ayrı bir iş.

Lazerle sıkıştırmanın vaadi burada. Kraus'un aktardığına göre yöntem, patlatmaya kıyasla "daha küçük, daha temiz ve daha hassas denetlenen" nanoelmaslar veriyor; boyut dağılımı dar. Bu tek başına akademik bir incelik değil, çünkü nanoelmasın ilginç özelliklerinin çoğu boyuta bağlı: 3 nanometrelik bir tanecik 30 nanometrelik bir tanecikle aynı işi yapmıyor.

Ne işe yarayacak

Nanoelmaslar sert, kimyasal olarak durağan ve ısıya dayanıklı; ayrıca yüzeyleri istenen moleküllerle kaplanabiliyor. Bugünkü yaygın kullanım daha sıradan: aşındırma ve parlatma malzemesi. Araştırmacıların işaret ettiği yakın vadeli alanlar ise kuantum algılayıcılar, tıbbi görüntülemede kontrast maddesi ve karbondioksiti ayrıştıran katalizörler.

Bir de şu var: başlangıç malzemesi ucuz plastik. Ekip, yöntemi doğrudan bir geri dönüşüm teknolojisi olarak sunmuyor, ama girdi tarafında pahalı ya da nadir bir hammadde olmaması ölçeklenme açısından anlamlı.

Sınırları

En büyük sınır verimde. Yüz atış birkaç yüz mikrogram veriyor; bu, gram başına satılan bir malzeme için gerçekten az. Ekibin bir sonraki hedefi miligram düzeyine çıkmak. Kraus üretimin "gerçekten ölçeklenebilir" olduğunu düşünüyor ve bunu lazer teknolojisindeki ilerlemeye bağlıyor — yani bugün dakikada üç olan atış hızının artmasına. Bu, kanıtlanmış bir sonuç değil, gerekçelendirilmiş bir beklenti.

Ekibin daha uzak hedefi ise elmastan çıkıyor: BC8 adı verilen, kuramsal olarak öngörülen ama henüz elde edilememiş bir karbon biçimi. Hesaplara göre elmastan daha yoğun ve daha sert olması bekleniyor. Aynı lazer düzeneği, onu üretmeyi deneyecek tesisatın da provası sayılıyor.

Fotoğraf: Hiroaki Ohfuji et al., CC BY 4.0, Wikimedia Commons