Nhựa bẩn giờ đây đã có thể biến thành kim cương

Nghiên cứu mới được lấy cảm hứng từ "kim cương nano" được tìm thấy trên các khối băng khổng lồ như Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương có thể giúp giảm thiểu đáng kể ô nhiễm nhựa và biến đổi nhựa trong đại dương.

Các nhà khoa học tại Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf ở Đức gần đây đã cho nổ nhựa rẻ tiền bằng tia laser siêu mạnh, và trong quá trình này đã tạo ra những "viên kim cương nano" cực nhỏ và xác nhận sự tồn tại của một loại nước mới vô cùng kỳ lạ.

Bằng cách sử dụng tia laser với cường độ siêu mạnh, các nhà khoa học vừa đạt được bước tiến mới khi biến đổi nhựa rẻ tiền thành những "viên kim cương nano". Khám phá này lấy cảm hứng từ những cơn mưa kim cương được cho là xảy ra khá thường xuyên trên những hành tinh băng giá khổng lồ của Hệ Mặt Trời, gồm Sao Hải Vương và Sao Thiên Vương.

Sử dụng tia laser quang học công suất cao, các nhà vật lý cho nổ một tấm nhựa polyethylene terephthalate (PET) - loại được sử dụng trong vỏ chai nước và soda - sau đó làm nóng nhựa lên khoảng 10.000 độ F (5.537 độ C) trong một khoảng thời gian cực kỳ ngắn, chỉ một phần tỷ một giây, theo Live Science đưa tin.

Kết quả là nhiệt độ cực cao này đã tạo ra áp suất mạnh hơn hàng triệu lần so với bầu khí quyển của Trái Đất, nén nhựa và phá hủy cấu trúc phân tử của nó một cách hiệu quả. Các nguyên tử carbon trong nhựa bắt đầu kết tinh, để lại chỗ cho hydro và oxy trôi ra ngoài qua mạng tinh thể.

Carbon kết tinh biến thành kim cương nano có kích thước bằng phần tỷ mét, trong khi hydro và oxy biến thành "nước siêu băng" hay "băng siêu cao cấp", mà tạp chí Quanta đã nêu là một loại băng đen, cực kỳ nóng, có thể là dạng phổ biến nhất của nước trong vũ trụ. Theo New Scientist, loại nước kỳ lạ này có khả năng dẫn điện tốt hơn nước thông thường gấp nhiều lần.

Đồng tác giả của nghiên cứu, nhà vật lý Dominik Kraus, giải thích: trong các ứng dụng thực tế, kim cương nano có thể được sử dụng để chuyển đổi carbon dioxide thành các khí khác và đưa thuốc vào cơ thể con người.

Và có khả năng, trong tương lai, Kraus tin rằng kim cương nano cũng có thể được sử dụng như một loại "cảm biến lượng tử siêu nhỏ và rất chính xác cho nhiệt độ và từ trường, có thể dẫn đến rất nhiều ứng dụng mới trong tương lai".

Trong thử nghiệm được thực hiện thành công, các nhà khoa học đã lấy một tấm nhựa polyethylene terephthalate (PET) - loại khá phổ biến được tìm thấy trong các chai nhựa, rồi sử dụng một tia laser quang học công suất cao chiếu vào nó. Dưới nguồn sáng kết hợp Linac, tấm nhựa bị thiêu đốt ở gần 6.000 độ C và chịu áp suất lớn hơn hàng triệu lần so với áp suất của bầu khí quyển Trái Đất chỉ trong một phần tỷ giây.

Tuy nhiên ứng dụng thực tế nhất là kỹ thuật này có thể giúp giảm ô nhiễm nhựa bằng cách cung cấp động lực tài chính để dọn sạch nhựa khỏi đại dương và biến chúng thành kim cương nano.

Một nhà nghiên cứu khác trong dự án, Siegfried Glenzer, từ phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia SLAC ở California, giải thích rằng các nhà khoa học trước đây đã có thể tạo ra kim cương nano trong môi trường phòng thí nghiệm, nhưng "điều kiện để thực hiện quá trình này vô cùng phức tạp và những viên kim cương cuối cùng đều bị vỡ vụn".

Thử nghiệm mới này đã tạo ra những viên kim cương ở áp suất thấp hơn nhiều, và Glenzer cho rằng nó có thể mang đến cho các nhà vật lý cơ hội thu hoạch kim cương nano để nghiên cứu.

Thí nghiệm này cũng giúp các nhà vật lý hiểu thêm về bản chất của các hành tinh băng khổng lồ như Sao Hải Vương và Sao Thiên Vương, vốn có những điều kiện kỳ lạ thường xuyên gây khó khăn cho các nhà nghiên cứu.

Carbon ở dạng tinh thể - hay kim cương nano vẫn còn khác xa những viên kim cương lấp lánh mà chúng ta thường nhìn thấy tại các cửa hàng đồ trang sức. Chúng chỉ là những viên kim cương có kích thước cực kỳ nhỏ bé, với chỉ vài nanomet, hay 1 phần tỷ mét.

Giống như nhựa PET, bên trong của những tảng băng khổng lồ cũng chứa oxy, carbon và hydro, nhưng áp suất bên trong của chúng chưa bao giờ được cho là đủ mạnh để hình thành kim cương nano.

Tuy nhiên, thí nghiệm mới này đã chứng minh rằng kim cương nano rất có thể đã được hình thành ở lõi của các khối băng khổng lồ, nơi nhiệt lượng có thể gây ra phản ứng tương tự như các tia laser đã làm với nhựa PET, đồng thời tạo ra " mưa kim cương " bên trong các hành tinh khí khổng lồ.

Glenzer nói, "có lẽ kim cương có ở khắp mọi nơi trên các hành tinh khí khổng lồ. Nếu nó xảy ra ở áp suất thấp hơn chúng ta đã thấy trước đây, điều đó có nghĩa là chúng đang ở bên trong Sao Thiên Vương, bên trong Sao Hải Vương, và một số mặt trăng chẳng hạn như Titan".

Những viên kim cương di chuyển khắp bên trong Sao Hải Vương có thể tạo ra ma sát giải thích cho nhiệt độ cao của hành tinh và sự hình thành nước siêu băng trên Sao Thiên Vương có thể tạo ra các dòng điện khiến từ trường của nó có hình dạng kỳ lạ.

Mặc dù những lý thuyết này vẫn chưa được chứng minh, nhưng nghiên cứu mới cung cấp bằng chứng xác thực rằng kim cương nano và nước siêu băng đang thực sự hình thành tự nhiên trên Sao Hải Vương và Sao Thiên Vương.

Kraus nói rằng lý thuyết này có thể được xác nhận trong vòng 10 năm tới hoặc lâu hơn, khi một tàu thăm dò không gian của NASA sẽ được phóng lên Sao Thiên Vương.

Tham khảo: Allthatsinteresting; Live Science; New Scientist; Quanta