Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Helmholtz Dresden-Rossendorf (HZDR) và Đại học Rostock đến từ Đức đã thành công trong việc thu hồi kim cương nano từ nhựa, với mỗi viên kim cương chứa khoảng 3.000 nguyên tử carbon. Những viên kim cương này có thể được biến đổi để phục vụ cho chẩn đoán hình ảnh y tế trong tương lai.

Quá trình tạo ra kim cương diễn ra khi nhựa được chiếu tia laser mạnh, biến nhựa thành những viên kim cương nhỏ li ti. Tuy nhiên, để thu hồi được các tinh thể này cần phải bắt chúng khi chúng được phóng ra với tốc độ tương đương với một vụ va chạm thiên thạch.

Các hạt kim cương thu được có kích thước trung bình khoảng ba nanomet. Kỹ thuật laser cho phép tạo ra kim cương với độ tinh khiết cao và kích thước đồng nhất, điều mà các phương pháp truyền thống không thể đạt được.

Được biết, nghiên cứu bắt đầu từ các thí nghiệm mô phỏng điều kiện bên trong các hành tinh như Sao Hải Vương và Sao Thiên Vương, nơi có nhiệt độ và áp suất cực cao.

Dominik Kraus, giám đốc sáng lập Viện Vật lý mật độ năng lượng cao (HEDI) tại HZDR, cho biết: “Chúng tôi đã dự đoán rằng các hạt nano kim cương sẽ hình thành trong những điều kiện này. Tuy nhiên, điều khiến chúng tôi ngạc nhiên là quá trình này diễn ra nhanh chóng, mở ra khả năng ứng dụng kỹ thuật tiềm năng”.

Cách thứcthu hồi kim cương

Để thu hồi các hạt kim cương, nhóm nghiên cứu đã làm việc tại Cơ sở Hạ tầng ánh sáng cực mạnh (ELI) ở Prague (Cộng hòa Séc). Tại đây, một tia laser công suất cao bắn vào một màng nhựa PET dày 100 micromet, tạo ra sóng xung kích nén nhựa và hình thành các hạt nano kim cương. Khi sóng nén đạt đến cuối mẫu, nó đột ngột vào môi trường chân không, làm tăng tốc các hạt kim cương nano lên tốc độ hơn 10 km/s.

Để bảo vệ các hạt kim cương khỏi bị phá hủy khi va chạm với ống thu gom, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một loại gel ion hòa tan trong nước. Mặc dù mỗi lần bắn laser tạo ra khoảng 10.000 tỷ viên kim cương, nhóm vẫn cần khoảng 100 lần bắn để thu thập vài trăm microgam vật liệu, đủ để phân tích bằng kính hiển vi điện tử.

Kim cương nano hiện đang được sử dụng trong các chất mài và đánh bóng. Việc sản xuất các hạt nhỏ hơn và đồng nhất hơn có thể mở rộng ứng dụng của chúng trong y học và công nghệ năng lượng. Các ứng dụng tiềm năng bao gồm cảm biến lượng tử và chất cản quang y tế, giúp cải thiện khả năng quan sát trong các xét nghiệm.

Nghiên cứu cũng đang hướng tới việc phát triển các loại laser tiết kiệm năng lượng hơn, cho phép tạo ra nhiều xung mạnh hơn trong thời gian ngắn. Mục tiêu của nhóm là nâng cao sản lượng kim cương nano lên mức miligam, tương đương với quy trình sản xuất thông thường. Họ cũng hy vọng sẽ tạo ra BC8, một dạng vật liệu carbon mới, thông qua áp suất cao hơn và tia laser mạnh trong các thí nghiệm sắp tới.