Cientistas do Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) e da Universidade de Rostock, na Alemanha, alcançaram um feito notável: a conversão de uma fina película de plástico PET em bilhões de nanodiamantes através de potentes disparos de laser. Este avanço não apenas demonstra uma nova e promissora rota para a fabricação de nanodiamantes, mas também permite que essas partículas sejam capturadas e examinadas intactas pela primeira vez, superando desafios técnicos anteriores.
O processo envolve o disparo de pulsos laser contra uma película de PET com 100 micrômetros de espessura, o mesmo tipo de plástico comumente usado em garrafas de bebidas. Cada pulso gera uma onda de choque que comprime o carbono presente no plástico com força suficiente para formar nanodiamantes. Experimentos anteriores já haviam indicado a formação desses diamantes sob condições extremas, mas eles só existiam durante o breve instante de alta pressão. A novidade deste trabalho é a confirmação de que as partículas sobrevivem e permanecem estáveis após o retorno à pressão e temperatura normais, tornando-as utilizáveis.
Uma Nova Fronteira na Produção de Nanodiamantes
A fabricação de nanodiamantes, partículas com diâmetro na casa dos nanômetros, tem sido historicamente realizada por meio de explosivos. Essas partículas são altamente valorizadas por sua dureza, estabilidade e resistência ao calor, qualidades essenciais para aplicações em materiais de amolamento e polimento. O método a laser, segundo a equipe do HZDR, oferece vantagens significativas. Ele produz partículas com maior pureza, menor tamanho e uma distribuição de tamanho mais uniforme em comparação com a técnica de explosivos. Dominik Kraus, físico do HZDR e professor em Rostock, já havia destacado em estudos anteriores que os lasers poderiam viabilizar uma fabricação "muito mais limpa", com a possibilidade de ajustar o tamanho e a composição atômica das partículas para aplicações específicas.
Os nanodiamantes recuperados nos experimentos medem, em média, cerca de três nanômetros de diâmetro, cada um contendo aproximadamente 3.000 átomos de carbono. Embora cada disparo laser gere cerca de dez trilhões dessas partículas, a massa total obtida é minúscula. Foram necessários cerca de 100 disparos para coletar apenas alguns centenas de microgramas, quantidade suficiente para análise microscópica. Os experimentos foram realizados nas instalações da Extreme Light Infrastructure (ELI), perto de Praga, que dispõe de um laser capaz de disparar até três vezes por minuto.
O Desafio da Captura e as Potenciais Aplicações
A captura dos nanodiamantes representou o principal desafio técnico. Quando a onda de choque atinge o lado oposto da película de plástico, as partículas são ejetadas no vácuo a velocidades superiores a dez quilômetros por segundo, comparáveis ao impacto de um meteoro, que normalmente as destruiria ao colidir com um coletor rígido. Para superar isso, a equipe utilizou um gel iônico macio, compatível com o vácuo e solúvel em água, como coletor. Após a captura, o gel foi dissolvido para purificar os nanodiamantes.
As aplicações potenciais dessa técnica são vastas e impactantes. Os nanodiamantes produzidos podem ser empregados na fabricação de sensores quânticos de alta sensibilidade, utilizados em pesquisas avançadas e em dispositivos de monitoramento. Na área médica, podem servir como agentes de contraste para melhorar a visualização em exames como ressonância magnética. Além disso, sua capacidade catalítica pode ser explorada para acelerar reações químicas, como a decomposição de CO2 com o uso de luz solar. A facilidade de dopagem do plástico, incorporando outros elementos durante a formação dos diamantes, permite adaptá-los precisamente a cada tarefa requerida.
Perspectivas e Limitações da Técnica
Atualmente, a técnica ainda se encontra em estágio de laboratório, com a produção de centenas de microgramas, um volume distante das necessidades industriais, que demandam a ordem de miligramas. Os pesquisadores visam aumentar a eficiência e a frequência dos disparos a laser, possivelmente com o desenvolvimento de lasers mais potentes, impulsionados por avanços em pesquisa de fusão nuclear. Originalmente, a pesquisa com lasers e plástico foi motivada pela tentativa de imitar as condições internas de planetas gigantes de gelo como Netuno e Urano, onde temperaturas e pressões extremas levam à formação de diamantes. A descoberta de que o oxigênio no PET auxilia na formação de diamantes reforça a teoria de que tais eventos ocorrem em outros planetas.
O futuro da pesquisa também inclui a tentativa de fabricar BC8, uma forma teórica de carbono esperada ser ainda mais densa e dura que o diamante. A exploração contínua desta tecnologia pode não apenas revolucionar a produção de materiais avançados, mas também oferecer novas perspectivas sobre a formação de elementos em ambientes extremos no universo.
Com reportagem de Brazil Valley
Source · Xataka
