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科学突破丨科学家使用X射线激光将塑料转化为钻石!

关键词 X射线激光 , 塑料转化钻石|2022-09-22 09:52:03|技术信息|来源 化浪视野
摘要 你知道宇宙中,有的星球正在下钻石雨吗?“钻石恒久远,一颗永流传“,这是一个耳熟能详的广告语,在地球上,钻石因为十分稀少,而显得弥足珍贵,而在宇宙中,钻石却如同砂石一般常见。早前,科...

       你知道宇宙中,有的星球正在下钻石雨吗?

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       “钻石恒久远,一颗永流传“,这是一个耳熟能详的广告语,在地球上,钻石因为十分稀少,而显得弥足珍贵,而在宇宙中,钻石却如同砂石一般常见。

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       早前,科学家发现太阳系中有4个星球会下钻石雨,分别是土星、木星、海王星和天王星。这些星球富含甲烷,海王星和天王星等冰态巨行星内部的温度非常高,可达几千摄氏度,压力是地球大气层的数百万倍,大气运动中,闪电击穿甲烷,将其转变为煤灰形态的碳,随着碳的下降,气压增加,碳固化成了石墨,石墨继续下降,气压也不断加大,最终在高温高压作用下,石墨转化为钻石,这便形成了钻石雨。

       9月2日,在Science Advances上发表的名为《Diamond formation kinetics in shock-compressed C─H─O samples recorded by small-angle x-ray scattering and x-ray diffraction》的文章中,模拟了在冰巨星海王星和天王星深处发现的极端温度和压力,并首次观察到钻石雨的形成过程。

       他们对聚苯乙烯进行激光冲击实验,与 X 射线技术相结合,首次在实验室证实了在行星相关状态下压缩碳氢化合物中形成钻石。该团队由HZDR(德国德累斯顿-罗森多夫赫尔姆霍兹中心)和德国罗斯托克大学以及法国的联邦理工学院与 SLAC 共同组成。

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       在最近的实验中,研究人员使用PET塑料,来更准确地再现这些行星的组成。用强大的激光照射到一张PET薄片上,瞬间加热到6000摄氏度,并产生大气压100万倍的冲击波,在瞬间将物质压缩,产生纳米钻石。  

       研究团队在MEC(物质极端条件)仪器上使用直线性连续加速器光源(LCLS) ,在PET中产生冲击波。然后,他们用LCLS的X射线脉冲探测了塑料中发生的情况。使用XRD(X射线衍射),观察材料的原子重新排列成小的钻石区域。同时使用了另一种称为小角度散射的方法,以测量这些区域增长的速度和大小。他们发现,由于材料中存在氧气,纳米金刚石能够在比之前观察到的更低的压力和温度下生长。

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       HZDR 物理学家、罗斯托克大学教授 Dominik Kraus 说“氧气的作用是加速碳和氢的分裂,从而促进纳米金刚石的形成,这意味着碳原子可以更容易地结合并形成钻石。PET 在碳、氢和氧之间具有良好的平衡,可以模拟冰行星的活动。”

       研究人员预测,海王星和天王星上的钻石将比这些实验中生产的纳米钻石大得多——重量可能达到数百万克拉。

       实验不仅提供了一种更清洁、更容易控制的方法来生产金刚石,为钻石产业开发了前景;这些发现也可能影响我们对遥远星系中行星的理解,因为科学家们现在认为冰巨星是我们太阳系外最常见的行星形式。

 

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