Almanya'daki Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) ve Rostock Üniversitesi araştırmacıları, güçlü lazerler yardımıyla plastikten ürettikleri nanoelmasları zarar görmeden toplamayı başardı. Çalışma, aşırı sıcaklık ve basınç altında oluşan kristallerin normal koşullara döndükten sonra da yapılarını koruyabildiğini ortaya koydu.
Araştırmada elde edilen nanoelmasların ortalama çapının 3 nanometre olduğu, her bir parçacığın yaklaşık 3 bin karbon atomu içerdiği belirlendi.
Gezegenlerin iç koşulları taklit edildi
Araştırma, Neptün ve Uranüs gibi gezegenlerin iç kesimlerinde bulunan yüksek sıcaklık ve basınç koşullarını taklit eden deneylerle başladı. Plastik üzerine yöneltilen güçlü lazerler, karbonun elmasa dönüşmesini sağlayan koşulları oluşturdu.
Başlangıçta nanoelmaslar yalnızca aşırı koşulların devam ettiği kısa süre boyunca tespit edilebiliyordu. Kristallerin beklenenden hızlı oluşması, yöntemin nanoelmas üretiminde kullanılabileceği fikrini gündeme getirdi.
Nanoelmaslar yüksek hızla toplandı
Ekip, deneylerini Prag'ın güneyindeki Extreme Light Infrastructure (ELI) tesisinde gerçekleştirdi. Kalınlığı yalnızca 100 mikrometre olan PET plastik filme güçlü lazer atımları uygulandı. Her atım, plastiği sıkıştıran bir şok dalgası oluşturarak nanoelmasların meydana gelmesini sağladı.
Oluşan parçacıklar saniyede 10 kilometreden yüksek hızlarla toplama silindirine fırladı. Çarpma sırasında parçalanmalarını önlemek amacıyla vakum ortamında kullanılabilen, suda çözünen iyonik bir jel kullanıldı. Daha sonra jelden çıkarılarak saflaştırılan parçacıklar elektron mikroskobuyla incelendi.
Her lazer atımında yaklaşık 10 trilyon nanoelmas oluşmasına rağmen birkaç yüz mikrogram malzeme toplayabilmek için yaklaşık 100 atım gerekti.
Tıp ve kuantum teknolojilerinde kullanılabilir
Araştırmacılar, yöntemin yüksek saflıkta, çok küçük ve boyutları birbirine yakın nanoelmaslar üretme potansiyeline dikkat çekti. Bu özelliklerin hassas kuantum sensörleri, tıbbi görüntülemede kullanılan kontrast maddeleri ve kimyasal tepkimeleri hızlandıran katalizörler gibi alanlarda yararlı olabileceği belirtildi.
Plastiğin başlangıç malzemesi olarak kullanılması, farklı elementlerin atomlarının elmas yapısına eklenmesini de kolaylaştırabilir. Katkılama adı verilen bu işlemle nanoelmasların, manyetik rezonans (MR) görüntülemesi gibi belirli uygulamalara uygun hâle getirilebileceği ifade edildi.
