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In Germania un gruppo di ricercatori è riuscito a trasformare una sottile pellicola di plastica in nanodiamanti usando un laser ad alta potenza. Parliamo di particelle minuscole, larghe appena qualche miliardesimo di metro, e la vera novità è che per la prima volta sono state raccolte intatte e analizzate in laboratorio. Nessuno potrà ricavarne gioielli con pietre enormi, questo è chiaro, ma il traguardo pesa parecchio perché potrebbe aprire la strada al metodo più pulito per produrre i nanodiamanti già impiegati nell’industria.
Il lavoro porta la firma di un team dell’Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf (HZDR) e dell’Università di Rostock. Gli scienziati hanno colpito con impulsi laser una pellicola di PET spessa 100 micrometri, cioè la stessa famiglia di plastica con cui si realizzano le bottiglie delle bevande. Ogni impulso spediva un’onda d’urto attraverso il materiale e comprimeva il carbonio con una forza tale da generare minuscoli cristalli. Esperimenti precedenti dello stesso gruppo avevano già mostrato che in queste condizioni i diamanti compaiono, però solo per il brevissimo istante in cui dura la pressione estrema. Adesso è arrivata la conferma che resistono anche al ritorno a pressione e temperatura normali, ed è proprio questo a renderli sfruttabili.
Nanodiamanti dalla plastica: più puri e più piccoli rispetto agli esplosivi
I nanodiamanti sono duri, stabili e reggono bene il calore, caratteristiche preziose per i prodotti destinati a molatura e lucidatura. Oggi gran parte di questi materiali viene ottenuta con gli esplosivi. Secondo il gruppo dell’HZDR la tecnica laser regala particelle più pure e più piccole, con una gamma di dimensioni molto più uniforme di quella che una detonazione riesce a garantire. Dominik Kraus, fisico dell’HZDR e docente a Rostock, aveva già spiegato in uno studio precedente che i laser potrebbero fabbricare questi diamanti “in modo molto più pulito” rispetto alle esplosioni, adattando dimensioni e atomi aggiunti al lavoro richiesto.
Passando ai numeri, i cristalli recuperati misuravano in media circa tre nanometri di diametro e contenevano all’incirca 3.000 atomi di carbonio ciascuno. Ogni colpo di laser ne ha prodotti intorno ai diecimila miliardi, eppure la massa complessiva resta minuscola. Ci sono voluti circa 100 colpi per mettere insieme qualche centinaio di microgrammi, una quantità sufficiente per osservarli al microscopio. Le prove si sono svolte presso l’Extreme Light Infrastructure (ELI) vicino a Praga, dove si trova un laser capace di sparare circa tre volte al minuto.
La parte davvero complicata è stata la raccolta. Quando l’onda d’urto raggiunge il lato opposto della pellicola le particelle vengono scagliate nel vuoto a oltre dieci chilometri al secondo, una velocità che Kraus paragona all’impatto di un meteorite. Un collettore rigido finirebbe per distruggerle all’istante. Per questo il team ha scelto un gel ionico morbido, compatibile con il vuoto e solubile in acqua, che poi è stato sciolto per purificare i diamanti.
Dai sensori quantistici ai pianeti ghiacciati
Le possibili applicazioni non mancano. I ricercatori citano sensori quantistici estremamente sensibili, agenti di contrasto che rendono più visibili le strutture negli esami medici come la risonanza magnetica e catalizzatori capaci di accelerare reazioni chimiche, per esempio la scomposizione della CO2 sfruttando la luce solare. Partire dalla plastica rende inoltre più semplice il drogaggio, ovvero l’inserimento di altri elementi nei cristalli per adattarli al compito necessario. Il limite però è evidente perché si tratta ancora di una tecnica da laboratorio e poche centinaia di microgrammi sono lontanissime dalle esigenze industriali. L’obiettivo dichiarato è arrivare alla scala dei milligrammi, paragonabile a una produzione standard, contando sui progressi della ricerca sulla fusione per ottenere laser più efficienti, in grado di sparare impulsi più potenti e con maggiore frequenza.
All’inizio il gruppo usava i laser sulla plastica per riprodurre l’interno dei giganti di ghiaccio come Nettuno e Urano, dove si raggiungono migliaia di gradi Celsius e pressioni milioni di volte superiori a quelle della superficie terrestre. Nel 2022 gli studiosi avevano scoperto che l’ossigeno del PET aiuta il carbonio a formare diamanti più rapidamente, un dato che sostiene l’idea di una vera “pioggia” di diamanti dentro quei pianeti. Kraus aveva sottolineato allora che i giganti di ghiaccio potrebbero essere il tipo di pianeta più diffuso al di fuori del sistema solare. Il prossimo passo riguarda il BC8, una forma di carbonio che finora esiste solo sulla carta e che dovrebbe risultare più densa del diamante, altrettanto dura e meno fragile, anche se sulla Terra non può formarsi in modo naturale. Il team ha in programma un primo tentativo a novembre, con pressioni ancora più elevate.
Fonte: TecnoAndroid