Dieci bilioni di nanodiamanti da un foglio di plastica: la svolta dei laser ad altissima potenza

Produrre circa 10 bilioni di nanodiamanti dalla plastica con un solo impulso laser sparato contro una sottile pellicola di polimero PET è ora una realtà documentata. Il traguardo è stato raggiunto da un gruppo di ricercatori tedeschi dello Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) e dell’Università di Rostock, capaci di estrarre queste particelle microscopiche del tutto intatte grazie a un sistema di recupero inedito.

Questa scoperta trasforma un materiale di scarto comune come il polietilene tereftalato in una risorsa ad altissimo valore tecnologico, aprendo scenari produttivi che fino a poco tempo fa sembravano limitati alla sola teoria astrofisica.

Dalle tempeste di Urano e Nettuno ai laboratori terrestri

L’esperimento ha preso vita studiando le condizioni estreme presenti nel cuore dei pianeti giganti ghiacciati, come Urano e Nettuno. All’interno di questi corpi celesti, le temperature sfiorano migliaia di gradi centigradi e le pressioni superano di milioni di volte quella atmosferica terrestre.

La rapida riorganizzazione del carbonio

Nel tentativo di riprodurre tale contesto in laboratorio, i fisici hanno verificato che il carbonio contenuto nella plastica reagisce aggregandosi in minuscoli reticoli cristallini.

«Ci aspettavamo che si formassero nanodiamanti in queste condizioni. Tuttavia, ciò che ci ha sorpreso è stata la rapidità con cui è avvenuto, il che ci ha fatto subito pensare a una possibile applicazione tecnica»

A spiegare la reazione è stato Dominik Kraus, direttore fondatore dell’Istituto HEDI di Fisica dell’Alta Densità Energetica presso l’HZDR, segnalando come la dinamica abbia superato le aspettative iniziali di resa temporale.

Ogni impulso ha generato miliardi di cristalli, secondo quanto confermato dal team di ricercatori.

Come funziona la sintesi: impatti estremi e cattura con gel ionico

I test sono stati condotti all’interno delle strutture della Extreme Light Infrastructure, polo di ricerca all’avanguardia situato a sud di Praga. L’impianto ha consentito di focalizzare un laser a elevata potenza su una pellicola di plastica PET spessa appena 100 micrometri, operando a un ritmo controllato di tre spari al minuto.

Ogni raggio laser genera un’onda d’urto istantanea che comprime violentemente la materia. Lo scontro fa schizzare via i cristalli appena formati a velocità superiori a 10 chilometri al secondo, una rapidità paragonabile all’impatto di un meteorite sulla terra.

Il mito diffuso secondo cui sia sufficiente una pressione violenta per raccogliere diamanti sintetici si scontra spesso con la realtà: a quelle velocità cinematiche, l’urto contro pareti rigide distruggerebbe all’istante qualsiasi nanostruttura. Gli scienziati hanno risolto l’ostacolo posizionando un cuscinetto in gel ionico solubile in acqua, capace di decelerare i frammenti senza spezzarli.

Le proprietà fisiche dei nanodiamanti ottenuti

Dopo una serie di circa cento impulsi laser, il team ha accumulato diverse centinaia di microgrammi di materiale. I cristalli sono stati quindi trasferiti ed esaminati al microscopio elettronico presso l’Università di Rostock per valutarne le dimensioni e l’omogeneità strutturale.

Come evidenziato dal primo autore dello studio, Ben Heuser, la tecnologia laser supera nettamente i limiti dei metodi tradizionali basati su detonazioni controllate, garantendo un’elevatissima purezza e una regolarità geometrica altrimenti irraggiungibile.

La scoperta potrebbe aprire nuove applicazioni tecnologiche e mediche in futuro.

Dalla risonanza magnetica ai sensori quantistici: gli sviluppi futuri

Le caratteristiche di questi microcristalli ne favoriscono l’impiego immediato nello sviluppo di sensori quantistici ultra-sensibili e come innovativi agenti di contrasto per la diagnostica medica, in particolare per la risonanza magnetica. Derivando da polimeri plastici, la procedura rende assai lineare il processo di drogaggio, ovvero l’inserimento mirato di atomi estranei per personalizzare le proprietà fisiche del reticolo.

L’estesa superficie di contatto offerta da diamanti di soli 3 nanometri consente inoltre di impiegarli come reattivi catalizzatori chimici. Tra i percorsi di studio più promettenti figura la scissione dell’anidride carbonica supportata dalla luce solare.

Il gruppo di lavoro punta a incrementare i volumi di produzione fino a raggiungere grammature nell’ordine dei milligrammi. L’obiettivo successivo sarà tentare la sintesi del BC8, una configurazione allotropica del carbonio persino più densa del diamante naturale, finora descritta esclusivamente nei modelli teorici.

✨ L’innovazione scientifica continua a trasformare scarti sintetici quotidiani in componenti cruciali per l’industria quantistica e la medicina.

📱 Condividi l’articolo con appassionati di scienza e tecnologia per far conoscere le potenzialità di questo processo laser.

👇 Lascia un commento qui sotto e spiegaci quale tra queste applicazioni ritieni più promettente per il prossimo futuro.