Científicos convierten plástico en miles de millones de nanodiamantes mediante potentes disparos láser

Investigadores en Alemania han utilizado un láser de alta potencia para convertir una fina lámina de plástico en diamantes. Nanodiamantes, para ser más precisos, partículas que miden tan solo unos pocos milmillonésimos de metro de ancho. Lo interesante es que,por primera vez, han capturado estos nanodiamantes intactos y han podido examinarlos. No es que de repente podamos fabricarnos joyas con gigantescos pedruscos de diamantes, pero el hito es importante porque se podría convertir en la forma más limpia de fabricar nanodiamantes que ya se utilizan en la industria.

Qué ha pasado. Un equipo del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) y de la Universidad de Rostock ha disparado pulsos láser contra una película de PET de 100 micrómetros de grosor, la misma familia de plástico que se utiliza en las botellas de bebidas. Cada pulso enviaba una onda de choque a través de la película, comprimiendo el carbono del plástico con fuerza suficiente como para formar nanodiamantes.

Algunos experimentos anteriores realizados por el mismo grupo habían demostrado que los diamantes aparecen bajo estas condiciones, pero solo durante el breve instante que dura la presión extrema. Este nuevo trabajo demuestra que sobreviven al regreso a la presión y temperatura normales, que es lo que los hace utilizables.

Una nueva forma de fabricarlos. Los nanodiamantes son duros, estables y resistentes al calor, cualidades muy importantes en productos de amolado y pulido. La mayoría se fabrican actualmente con explosivos. Según el equipo del HZDR, el método láser produce partículas con mayor pureza, menor tamaño y un rango de tamaño más estrecho de lo que las explosiones pueden proporcionar.

Dominik Kraus, físico del HZDR y profesor en Rostock, afirmaba en un estudio anterior que los láseres podrían fabricar estos diamantes "de forma mucho más limpia" que las detonaciones, con tamaños y átomos añadidos adaptados al trabajo.

Los datos. Los diamantes recuperados medían una media de unos tres nanómetros de diámetro y contenían aproximadamente 3.000 átomos de carbono cada uno. Cada disparo láser produjo alrededor de diez billones de ellos, sin embargo, la masa total es diminuta. Y es que se necesitaron unos 100 disparos para reunir unos pocos cientos de microgramos, suficiente para estudiarlos bajo el microscopio. Los experimentos se llevaron a cabo en las instalaciones de Extreme Light Infrastructure (ELI) cerca de Praga, donde tienen un láser capaz de disparar unas tres veces por minuto.

La parte difícil. Capturar los diamantes fue el verdadero desafío, ya que cuando la onda de choque llega al lado opuesto de la película, las partículas son lanzadas al vacío a más de diez kilómetros por segundo, una velocidad que Kraus compara con el impacto de un meteorito. Después un recolector duro se encarga de destruirlas al impactar. En este caso el equipo utilizó un gel iónico blando, compatible con el vacío y soluble en agua como recolector, para después disolverlo y purificar los diamantes.

Para qué podrían utilizarse. Entre los casos de uso, los investigadores señalan que los nanodiamantes producidos por esta técnica podrían utilizarse para fabricar sensores cuánticos altamente sensibles, agentes de contraste que hacen que las estructuras sean más fáciles de ver en escáneres médicos (como en las resonancias magnéticas), o catalizadores para acelerar reacciones químicas, como cuando se descompone CO2 utilizando la luz solar.

Partir del plástico también facilita el dopaje de los diamantes, pudiendo incorporar otros elementos en ellos para adaptarlos a la tarea que se requiera.

El inconveniente. Esto sigue siendo una técnica de laboratorio y unos pocos cientos de microgramos están muy lejos todavía de lo que la industria necesita. Los investigadores afirman que su objetivo es alcanzar el rango de los miligramos, comparable a una producción estándar. Aunque para ello esperan avances en la investigación de fusión para desarrollar láseres más eficientes, lo que podrían disparar pulsos más potentes y con más frecuencia.

Una mirada a los planetas. Originalmente, el equipo utilizó láseres en plástico para imitar los interiores de gigantes de hielo como Neptuno y Urano, donde las temperaturas alcanzan miles de grados Celsius y las presiones son millones de veces superiores a las de la superficie terrestre. En 2022 descubrieron que el oxígeno del PET ayudaba al carbono a formar diamantes más rápido, lo que respalda la idea de que los diamantes realmente "llueven" dentro de esos planetas. Kraus afirmaba en su momento que dichos gigantes de hielo pueden ser el tipo de planeta más común fuera de nuestro sistema solar.

Qué viene después. Los investigadores también quieren utilizar la técnica para fabricar BC8, una forma de carbono que hasta ahora solo existe en la teoría. Se espera que sea más denso que el diamante, igual de duro y menos quebradizo, aunque no puede formarse de manera natural en la Tierra. El equipo planea un primer intento en noviembre, utilizando mayores presiones.

Imagen de portada | HZDR

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