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      科學突破丨科學家使用X射線激光將塑料轉化為鉆石!

      關鍵詞 X射線激光 , 塑料轉化鉆石|2022-09-22 09:52:03|技術信息|來源 化浪視野
      摘要 你知道宇宙中,有的星球正在下鉆石雨嗎?“鉆石恒久遠,一顆永流傳“,這是一個耳熟能詳的廣告語,在地球上,鉆石因為十分稀少,而顯得彌足珍貴,而在宇宙中,鉆石卻如同砂石一般常見。早前,科...

             你知道宇宙中,有的星球正在下鉆石雨嗎?

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             “鉆石恒久遠,一顆永流傳“,這是一個耳熟能詳的廣告語,在地球上,鉆石因為十分稀少,而顯得彌足珍貴,而在宇宙中,鉆石卻如同砂石一般常見。

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             早前,科學家發現太陽系中有4個星球會下鉆石雨,分別是土星、木星、海王星和天王星。這些星球富含甲烷,海王星和天王星等冰態巨行星內部的溫度非常高,可達幾千攝氏度,壓力是地球大氣層的數百萬倍,大氣運動中,閃電擊穿甲烷,將其轉變為煤灰形態的碳,隨著碳的下降,氣壓增加,碳固化成了石墨,石墨繼續下降,氣壓也不斷加大,最終在高溫高壓作用下,石墨轉化為鉆石,這便形成了鉆石雨。

             9月2日,在Science Advances上發表的名為《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,模擬了在冰巨星海王星和天王星深處發現的極端溫度和壓力,并首次觀察到鉆石雨的形成過程。

             他們對聚苯乙烯進行激光沖擊實驗,與 X 射線技術相結合,首次在實驗室證實了在行星相關狀態下壓縮碳氫化合物中形成鉆石。該團隊由HZDR(德國德累斯頓-羅森多夫赫爾姆霍茲中心)和德國羅斯托克大學以及法國的聯邦理工學院與 SLAC 共同組成。

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             在最近的實驗中,研究人員使用PET塑料,來更準確地再現這些行星的組成。用強大的激光照射到一張PET薄片上,瞬間加熱到6000攝氏度,并產生大氣壓100萬倍的沖擊波,在瞬間將物質壓縮,產生納米鉆石。  

             研究團隊在MEC(物質極端條件)儀器上使用直線性連續加速器光源(LCLS) ,在PET中產生沖擊波。然后,他們用LCLS的X射線脈沖探測了塑料中發生的情況。使用XRD(X射線衍射),觀察材料的原子重新排列成小的鉆石區域。同時使用了另一種稱為小角度散射的方法,以測量這些區域增長的速度和大小。他們發現,由于材料中存在氧氣,納米金剛石能夠在比之前觀察到的更低的壓力和溫度下生長。

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             HZDR 物理學家、羅斯托克大學教授 Dominik Kraus 說“氧氣的作用是加速碳和氫的分裂,從而促進納米金剛石的形成,這意味著碳原子可以更容易地結合并形成鉆石。PET 在碳、氫和氧之間具有良好的平衡,可以模擬冰行星的活動?!?br/>

             研究人員預測,海王星和天王星上的鉆石將比這些實驗中生產的納米鉆石大得多——重量可能達到數百萬克拉。

             實驗不僅提供了一種更清潔、更容易控制的方法來生產金剛石,為鉆石產業開發了前景;這些發現也可能影響我們對遙遠星系中行星的理解,因為科學家們現在認為冰巨星是我們太陽系外最常見的行星形式。

       

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