Современная "алхимия": ученые превратили обычные пластиковые бутылки в настоящие алмазы

Обычная пластиковая плёнка может стать сырьем для получения бриллиантов. Немецкие ученые направили на пластик мощные лазерные импульсы, создали экстремальную температуру и давление и получили триллионы крошечных кристаллов алмазов. Главным достижением стало то, что исследователям удалось не только образовать нанобриллианты, но и собрать их после эксперимента, не разрушив.

Об этом сообщает Университет Ростока. Результаты работы команды из Университета Ростока и Центра Гельмгольца в Дрездене опубликованы в научном журнале Diamond and Related Materials.

Как из пластика образуются нанобриллианты

Сначала исследователи хотели воспроизвести условия, которые могут существовать глубоко внутри ледяных гигантов Нептуна и Урана. Там температура составляет несколько тысяч градусов, а давление в миллионы раз превышает атмосферное давление на Земле. В таких условиях углерод может превращаться в алмаз.

Для эксперимента ученые использовали тонкую пленку из полиэтилентерефталата (ПЭТ) — пластика, применяемого, в частности, для изготовления бутылок. Ее толщина составляла всего 100 микрометров. На пленку устремляли мощные лазерные импульсы, которые порождали ударные волны. Они сжимали и нагревали материал до экстремальных значений, способствуя образованию нанобриллиантов.

Опыты проводились на лазерной установке Extreme Light Infrastructure недалеко от Праги. Система могла производить три выстрела в минуту. Во время каждого импульса ученые получали примерно 10 триллионов нанобриллиантов. Диаметр каждого кристалла составлял в среднем около трех нанометров — это примерно три миллиарда метра. Один такой кристалл содержит ориентировочно 3000 атомов углерода.

Однако образовать эти частицы было только половиной задачи. Как только ударная волна выходила за пределы пленки в вакуум, нанодиаманты разгонялись до скорости более 10 километров в секунду — более 36 000 км/ч. Столкновение с твердой поверхностью могло повредить или разрушить кристаллы.

Как научные работники смогли собрать крошечные кристаллы

Чтобы сохранить нанобриллианты, исследователи использовали специальный ловитель — мягкий водорастворимый ионный гель, пригодный для работы в вакууме. Он должен был смягчить удар частиц, вылетающих из пластиковой пленки на огромной скорости.

После этого кристаллы удалось извлечь из геля, очистить и исследовать с помощью электронного микроскопа ELMI-MV в Университете Ростока. Прибор позволяет различать отдельные атомы. Чтобы получить несколько сотен микрограмм материала — достаточно для анализа, — команде понадобилось около 100 лазерных импульсов.

Ранее ученые уже наблюдали образование нанобриллиантов при экстремальных условиях, но оставалось непонятным, переживают ли кристаллы переход к обычному давлению и температуре. Теперь исследователи смогли подтвердить, что их можно собрать и изучить после эксперимента.

Где могут понадобиться нанобриллианты

Нанобриллианты уже применяют в материалах для шлифования и полировки благодаря их жесткости, стабильности и стойкости к нагреванию. Новый метод позволяет получать частицы очень малого и близкого размера и высокой чистоты. Достичь такой однородности традиционными способами, в том числе с помощью взрывов, сложнее.

Ученые рассматривают возможность использования этих кристаллов в медицинской визуализации, квантовых сенсорах и катализаторах, ускоряющих химические реакции. Нанобриллианты можно также модифицировать, добавляя в их структуру другие атомы. Это может помочь создавать материалы для новых технологий, в частности контрастные агенты для магнитно-резонансной томографии.

Впрочем, до промышленного производства далеко. Несмотря на триллионы частиц за один лазерный импульс, общая масса собранного материала остается очень малой. Следующая задача исследователей — увеличить выход в миллиграммы и проверить, насколько метод можно масштабировать.

Команда также планирует исследовать возможность получения из пластика другой формы углерода — BC8. Ее существование предусматривают теоретические модели, а по свойствам она может быть плотнее обычного алмаза, такой же твердой, но менее хрупкой. Для этого понадобятся еще более высокие давления. Первый эксперимент в этом направлении исследователи планировали провести в ноябре 2026 года.

Необычные алмазы и способы их образования — последние новости

Алмазы могут образовываться не только в лабораториях. Астрономы предполагают, что на Сатурне постоянно идут дожди из алмазов. Такую гипотезу исследователи связывают с экстремальными температурой и давлением, которые влияют на углеродные соединения.

Подобные процессы ученые рассматривают и для дальних миров вне Солнечной системы. В частности, астрономы исследовали экзопланету, ломающую законы астрофизики. Атмосфера планеты отличается необычным составом, трудно объяснимым современными моделями формирования планет.

Тем временем в лабораториях исследователи экспериментируют с разным сырьем для создания синтетических бриллиантов. Китайские ученые представили алмаз, изготовленный из красных пионов. Идея состоит в том, чтобы использовать углерод органического происхождения и превратить его в кристаллическую структуру алмаза.