用強大的激光對塑料進行爆破可以產生微小的鉆石。在行星內部高溫高壓環境下也可能發生類似的過程,這有助于解釋天王星和海王星為何如此怪異。
此前,研究人員已經能夠通過向碳和氫的混合物發射激光來制造納米鉆石,但這需要極高的壓力。美國加州SLAC國家加速器實驗室的Siegfried Glenzer和同事發現,通過使用一種含有碳、氫和氧的名為PET的簡單塑料——通常用于制造瓶子和其他容器,他們可以在不那么極端的條件下制造鉆石。
相關研究成果9月2日發表于《科學進展》。
當研究人員向塑料發射強大的激光時,塑料被加熱到3200℃至5800℃,激光脈沖產生的沖擊波將塑料的壓力提升到72吉帕斯卡——相當于地核壓力的1/5。這將氫和氧從碳中分離出來,只留下直徑幾納米的微小鉆石和一種名為超離子水的水,后者比普通水更容易導電。
Glenzer說,與之前使用其他材料進行的實驗相比,這一過程是在較低壓力下發生的,并且像PET一樣,巨型行星的內部也含有氧、碳和氫。
“這意味著鉆石可能無處不在。”Glenzer說,“如果它發生在比以前更低的壓力下,則意味著這一過程也可能在天王星、海王星及土衛六等一些衛星的內部出現,因為這些天體中都含有碳氫化合物。”
這些鉆石在海王星的地幔中形成,然后向地核下沉,在這個過程中產生摩擦和熱量,這可以解釋為什么這顆行星異常炎熱。而在天王星內部,鉆石形成過程中遺留下來的超離子水可能正在傳導電流,這可能與其磁場的奇怪形狀有關。
Glenzer說,下一步,研究人員將在納米鉆石形成后收集它們。類似的材料已經應用在工業研磨過程中,可以用于許多科學應用,但通常是通過引爆炸藥來實現的。
“在其他實驗中,必要的壓力要高得多,條件非常極端,以至于鉆石最終會解體。” Glenzer說,“現在我們已經找到了一種在較低壓力下生產鉆石的方法,可能有機會真正收獲鉆石。”
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