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用塑料瓶制造纳米钻石

发布时间:2022-09-12 16:57:13 来源:爱游戏最新app官方下载 作者:爱游戏电竞唯一地址

  像海王星和天王星这样的行星内部发生了什么?为了找到答案,HZDR、Rostock大学和法国École综合理工学院领导的一个国际研究小组进行了一项新颖的实验。他们向一层简单的PET塑料薄膜发射激光,并用强激光闪光研究发生了什么。其中一个结果是,研究人员能够证实他们之前的论点,即在我们太阳系外围的冰巨星内部确实会下钻石雨。另一个是,这种方法可以建立一种生产纳米钻石的新方法,这是高灵敏度量子传感器所需要的。该小组在《科学进展》杂志上发表了他们的发现。

  在实验中,一个简单的PET塑料薄片被激光击中。强烈的激光照射到箔状材料样本上,将其短暂加热到6000摄氏度,从而产生一种冲击波,在几纳秒内将物质压缩到大气压力的数百万倍。科学家们能够确定微小的钻石,即所谓的纳米钻石,是在极端压力下形成的。来源:HZDR / Blaurock

  海王星和天王星等冰巨星内部的条件非常极端:温度达到数千摄氏度,压力比地球大气中的压力大数百万倍。尽管如此,这样的状态可以在实验室中简单模拟:强大的激光闪光击中薄膜状材料样本,瞬间将其加热到6000摄氏度,并产生冲击波,将材料压缩几纳秒至大气压力的一百万倍。

  HZDR的物理学家、Rostock大学教授Dominik Kraus解释说:“到目前为止,我们使用碳氢化合物薄膜进行这类实验。我们发现,这种极端的压力产生了微小的钻石,称为纳米钻石。”

  然而,使用这些胶片,只能部分模拟行星内部,因为冰巨星不仅含有碳和氢,还含有大量的氧。在寻找合适的薄膜材料时,研究小组找到了一种日常物质:PET,一种用于制造普通塑料瓶的树脂。Kraus解释说:“PET在碳、氢和氧之间有很好的平衡,可以模拟冰行星的活动。”。

  该团队在加利福尼亚州的SLAC国家加速器实验室进行了实验,该实验室是直线加速器相干光源(LCLS)的所在地,这是一种强大的基于加速器的X射线激光器。他们用它来分析强激光照射PET薄膜时发生的情况,同时采用两种测量方法:X射线衍射法来确定是否产生了纳米钻石,以及所谓的小角度散射法来观察钻石生长的速度和大小。

  “氧气的作用是加速碳和氢的分裂,从而促进纳米钻石的形成,”Dominik Kraus在报告结果时说。“这意味着碳原子可以更容易结合,形成钻石。”这进一步支持了一种假设,即在冰巨星内部确实会下钻石雨。这些发现可能不仅与天王星和海王星有关,还与我们星系中无数其他行星有关。虽然这样的冰巨星过去被认为是罕见的,但现在似乎很清楚,它们可能是太阳系以外最常见的行星形式。

  研究小组还发现了另一种线索:在与钻石结合的过程中,应该会产生水——但是以一种不寻常的形式。Kraus说:“所谓的超离子水可能已经形成了。氧原子形成晶格,氢原子在晶格中自由运动。”

  由于原子核是带电的,超离子水可以传导电流,从而帮助形成冰巨星的磁场。然而,在他们的实验中,研究小组还不能明确地证明在与钻石的混合物中存在超音速水。

  除了这些相当基础的知识之外,新的实验还为一项技术应用开辟了前景:纳米钻石的定制生产,这种材料已经被用于研磨剂和抛光剂中。在未来,它们将被用作高灵敏度的量子传感器、医学造影剂和高效反应加速器,例如用于分解二氧化碳。Kraus解释说:“到目前为止,这类钻石主要是通过引爆炸药来生产的。在激光闪光的帮助下,未来可以更清洁地制造它们。”

  高性能激光器每秒向PET薄膜发射10次闪光,以十分之一秒的间隔照射PET薄膜。由此产生的纳米钻石会从胶片中射出,并落在一个装满水的收集槽中。在那里,它们被减速,然后可以过滤和有效地收获。

  Dominik Kraus说,与炸药生产相比,这种方法的本质优势在于“纳米钻石可以根据尺寸定制切割,甚至可以掺杂其他原子。”。“X射线激光意味着我们有一个实验室工具,可以精确控制钻石的生长。”


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