再現“天王星之雨”:X射線激光器可將塑料轉化為鑽石

科學家們已經把塑料變成了鑽石。該團隊使用高功率激光器,對PET樣品(塑料瓶中使用的常見材料)進行掃描,以產生強烈的熱量和壓力,形成微小的鑽石,這些鑽石被認為與天王星和海王星等行星上自然降下的形成原理相同。

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在地球上,鑽石因其稀有性而受到珍視(即使這種情況可能正在改變),但在其他星球上,它們可能看起來像岩石一樣常見。在天王星和海王星這樣的冰巨行星上,人們認為極端的壓力會壓縮氫和碳等元素,形成固體鑽石,然後像雨一樣通過大氣層落下。

這種現象還沒有被直接探測到,但在2017年,一個科學家團隊報告說,他們在實驗室里重新創造了這個過程。他們是通過向碳氫化合物材料的樣品發射世界上最強大的X射線激光器–利納克相干光源(LCLS)來實現的。這需要快速將它們加熱到高達6000℃(10800°F)的溫度,併產生幾百萬個大氣壓的強大衝擊波,形成微小的”納米鑽石”。

儘管實驗表明這在技術上是可行的,但該團隊表示,最初的碳氫化合物材料如聚苯乙烯並沒有準確模擬這些寒冷行星內部存在的元素,氧氣也是大量存在的,因此研究人員調查了其他可以將這一關鍵元素引入混合的材料。

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研究人員最終選擇了PET,一種常用於食品和飲料包裝的塑料,因其在碳、氫和氧之間有一個良好的平衡。研究小組重複了這一實驗,用LCLS對PET薄膜樣品進行掃描,然後使用兩種不同的成像技術,一方面檢查納米鑽石是否形成,而且還可以檢查它們增長的速度和規模。

最終,他們檢測到的鑽石密度達每立方厘米3.87克。

該研究的作者Dominik Kraus說:”氧氣的作用是加速碳和氫的分裂,從而鼓勵納米鑽石的形成。這意味着碳原子可以更容易地結合併形成鑽石。”

這項研究不僅為冰巨行星上的鑽石雨假說提供了現實依據,而且研究小組表示,它還展示了這些微小鑽石的一種新的潛在製造技術,這些鑽石可用於工業磨料、拋光劑,也許有一天還可用於高靈敏度的量子傳感器。

這項研究發表在《科學進展》雜誌上。

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