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用PET塑料生产纳米钻石为一种新的回收形式铺平了道路，甚至对下钻石雨的系外行星产生了影响。
图片：安东·彼得鲁斯/通过盖蒂图片社
在距离地球超过10亿英里（约16亿公里）的地方，在海王星和天王星上钻石是永恒的。这不是文学描述，而是一个合理的科学结论：我们知道，在行星表面以下数英里的极端压力和高温下，碳氢化合物被猛烈地撞成水晶闪闪发光。但在遥远的海王星和天王星上，宇宙的钻石制造过程就有点奇特。自20世纪70年代以来，科学家认为钻石实际上可能会向大部分泥泞的行星的岩石内部倾泻而下——如果你愿意的话，就会下钻石雨。
2017年，德国和加利福尼亚州的研究人员找到了一种复制这些行星条件的方法，在实验室使用聚苯乙烯（又名聚苯乙烯泡沫）制造了被称为纳米钻石的微小钻石。根据发表在《科学进步》上的一项研究，五年后，他们又回到了那里，这次使用了一些好的ol'聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。这项研究不仅对我们空间的理解产生了影响，而且为从废塑料中创造纳米钻石铺平了道路，纳米钻石用于各种环境。
那么，我们到底为什么要用食品容器和水瓶等塑料制造钻石呢？德国研究实验室Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf的科学家、该研究的主要作者Dominik Kraus在一封电子邮件中表示，这是有充分理由的。
当克劳斯和他的同事第一次尝试用聚苯乙烯（聚苯乙烯含有与海王星和天王星相同的碳和氢元素）制造纳米钻石时，他们用加利福尼亚州SLAC国家加速实验室的高功率X射线激光器Linac相干光源轰炸了材料。这个过程迅速将聚苯乙烯加热到5000开尔文（约8540华氏度），并由150千兆帕斯卡压缩，类似于在冰行星内部约6000英里处发现的条件。
虽然研究人员能够通过激光的两次快速击中使微镜闪闪发光，但他们后来意识到缺少一种重要的化学成分：氧气。因此，他们转向了PET，它不仅具有碳和氢气的良好平衡，而且具有氧的平衡，使其比聚苯乙烯更接近冰巨星的化学代理。
“在这些条件下，化学反应非常复杂，建模极其困难。在与理论家讨论此类场景时，“任何事情都可能发生”。“事实上，有一些预测表明，氧气的存在有助于[碳与氢分离]和金刚石的形成，但也认为它可能反过来。”
为了将理论踏板放在金属上，克劳斯和他的同事们拿了一块PET，进行了相同的2017年实验运动，但也包括了一种叫做小角度X射线衍射的东西，看看钻石生长的速度和大小。
Kraus表示：“他们发现，氧气的存在可以增强钻石的形成，而不是阻止它，这使得这些行星内部的‘钻石雨’更有可能发生。”“他们还看到，钻石在压力更高时会变大，实验时间会随着时间的增长而变大。”
他们还能够从一张X射线中挤出许多小钻石，约为数十亿颗晶体（总重量为几微克）。但克劳斯表示：这还不够，至少现在，用于金刚石量子传感器（用于检测磁流）或化学催化剂，这些催化剂至少需要几毫克。然而，它最终可以扩大规模，以满足这些目的，并成为更豪华的塑料回收方式的第一步。
如果形成过程的工业扩展确实像上所述的那样有效，并且某些过程需要纳米钻石的大量定量，例如有助于减少全球变暖的光诱导二氧化碳还原反应的催化，这确实可能成为回收大量PET的潜在方法。
虽然制作闪闪发光的微小钻石是伟大而美好的，但重要的是不要忽视科学意图：更好地了解我们冰冷的行星邻居的极端环境条件如何产生字面意义上的钻石阵雨。为此，克劳斯和他的团队认为，他们还发现了更多证据，证明一种奇怪的水类型首先理论化，然后在2019年被明确发现。
据《纽约时报》2018年报道，它被称为超离子水，就像固体和液体之间的奇怪杂交，据信会填满海王星、天王星以及潜在的无数其他冰巨星和其他行星的地幔。它可能对我们在地球上没有任何应用，但它的存在可能解释了为什么一些天体具有特殊的磁场。Kraus表示：纳米钻石确实在冰巨星内部形成的发现使上离子水的条件更有可能出现。
“在Kraus团队的实验中，他们还没有看到与钻石一起形成的上离子水的直接证据。”“[但是]他们的实验表明，碳正在从氢气和氧中分离出来，允许纯净水区在行星内部形成。因此，通过使钻石降水成为这些行星内部更现实的场景，上离子水的形成也变得更加可能。”
撇开超离子水不谈，Kraus和他的同事们在纳米钻石方面还有更多的研究工作要做。他们正在寻找在几分钟内制造大量微小宝石的方法，并使用更易于访问但仍然高能耗的激光系统。他们甚至可能会尝试加入氮等元素，看看这会如何影响纳米钻石的形状。（氮在钻石中非常常见——大约98%的天然钻石含有百万分之几十到几百的氮原子。）
如果有人读到这篇文章，正在考虑做一个绝命毒师，但要用钻石和旧水瓶亲自试验……!别的复杂的物理学就留给科学家吧。
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