Inovasi Pembentukan Berlian dari Botol Plastik Melalui Teknik Laser

Berita Baru, Amerika Serikat – Berlian bisa menjadi sangat mudah diproduksi, karena para ilmuwan telah menemukan cara untuk membuat permata berharga tersebut hanya dari botol plastik bekas.

Dilansir dari Dailymail.co.uk pada 11 September, teknologi ini dapat membantu membatasi limbah plastik, karena nanodiamond daur ulang memiliki beragam aplikasi termasuk sensor medis dan pengiriman obat.

Para peneliti di SLAC National Accelerator Laboratory di California berniat untuk menciptakan kembali fenomena “hujan berlian” yang terjadi di dalam Neptunus dan Uranus.

Di dalam planet raksasa es ini terdapat suhu beberapa ribu derajat Celcius, dan tekanannya jutaan kali lebih besar daripada di atmosfer bumi.

Kondisi tersebut diduga mampu memecah senyawa hidrokarbon, kemudian memampatkan komponen karbon menjadi berlian yang tenggelam lebih dalam ke inti planet.

Untuk meniru proses ini, para ilmuwan menembakkan laser bertenaga tinggi ke plastik polietilen tereftalat (PET) – dengan bahan hidrokarbon yang biasa digunakan dalam kemasan sekali pakai dan menyaksikan pertumbuhan struktur seperti berlian.

” Plastik PET memiliki keseimbangan yang baik antara karbon, hidrogen dan oksigen untuk mensimulasikan aktivitas di planet es,” kata Dominik Kraus, fisikawan di HZDR dan profesor di University of Rostock.

Diketahui bahwa campuran senyawa yang terbuat dari hidrogen dan karbon ada sekitar 5.000 mil di bawah permukaan Uranus dan Neptunus.

Ini termasuk metana, sebuah molekul dengan hanya satu karbon yang terikat pada empat atom hidrogen, yang menyebabkan warna biru Neptunus yang berbeda.

Dalam studi tahun 2017, tim SLAC berhasil mensimulasikan proses hujan berlian untuk pertama kalinya dengan menembakkan laser optik mereka ke polistirena.

Polystyrene digunakan untuk meniru struktur metana, karena juga hanya mengandung hidrogen dan karbon.

Sinar-X yang intens menghasilkan gelombang kejut di dalam material, dan para ilmuwan mengamati atom karbon yang dimasukkan ke dalam struktur berlian kecil hingga lebar beberapa nanometer.

“Tapi di dalam planet, itu jauh lebih rumit,” kata Siegfried Glenzer, direktur Divisi Kepadatan Energi Tinggi di SLAC.

“Ada lebih banyak bahan kimia dalam campuran. Jadi, apa yang ingin kami ketahui di sini adalah efek seperti apa yang dimiliki bahan kimia tambahan ini.”

Selain karbon dan hidrogen, raksasa es diperkirakan mengandung sejumlah besar oksigen.

Para ilmuwan ingin menemukan efek apa yang dimiliki elemen tersebut pada pembentukan nanodiamond di dalam Neptunus dan Uranus.

Untuk melakukan ini, mereka mengulangi percobaan sebelumnya dengan film plastik PET, yaitu hidrokarbon yang juga mengandung oksigen yang lebih akurat mereproduksi komposisi planet.

Mereka menggunakan laser optik bertenaga tinggi di Linac Coherent Light Source SLAC untuk memanaskan sampel secara singkat hingga 10.800 ° F (6.000 ° C).

Ini menghasilkan gelombang kejut yang memampatkan material selama beberapa nanodetik hingga satu juta kali tekanan atmosfer.

Menggunakan metode yang disebut difraksi sinar-X, para ilmuwan mengamati atom-atom disusun ulang menjadi daerah berlian kecil, dan juga mengukur seberapa besar dan cepat mereka tumbuh.

Namun, dengan adanya oksigen dalam material, mereka menemukan bahwa nanodiamond mampu tumbuh pada tekanan dan suhu yang lebih rendah daripada yang diamati sebelumnya.

“Efek dari oksigen adalah untuk mempercepat pemecahan karbon dan hidrogen dan dengan demikian mendorong pembentukan nanodiamonds,” kata Dr Kraus.

“Itu berarti atom karbon dapat bergabung dengan lebih mudah dan membentuk berlian.”

Para peneliti memperkirakan bahwa berlian di dalam Neptunus dan Uranus sebenarnya akan menjadi jauh lebih besar daripada yang dihasilkan dalam percobaan ini dan berpotensi berat jutaan karat.

Ini bisa berarti bahwa, selama ribuan tahun, kristal yang lebih berat ini akan tenggelam melalui planet-planet dan membentuk lapisan tebal di sekitar inti planet yang padat.

Selain berlian, bukti ditemukan dalam eksperimen bahwa ‘air superionik’ mungkin terbentuk di dalam planet.

Ini dibuat ketika molekul air pecah sebagai akibat dari suhu dan tekanan tinggi.

Atom oksigen kemudian membentuk struktur kisi biasa, di mana atom hidrogen yang tersisa dapat mengapung dan, saat diisi, dapat menghantarkan listrik.

Arus yang dibawa fase air yang unik ini dapat menjelaskan medan magnet yang tidak biasa di Uranus dan Neptunus.

Temuan ini, yang diterbitkan hari ini di Science Advances, dapat memengaruhi pemahaman kita tentang raksasa es di luar tata surya kita, yang mungkin mengalami fenomena yang sama.

Karena keberadaan oksigen membuat pembentukan berlian lebih mungkin, itu mungkin juga terjadi di planet lain di bawah kondisi internal mereka yang unik.

Para peneliti ingin melakukan eksperimen serupa pada sampel yang mengandung etanol, air, dan amonia, semuanya ada di Uranus dan Neptunus, untuk lebih dekat mensimulasikan apa yang bisa terjadi di dalam planet lain.

Nanodiamonds sudah digunakan dalam bahan abrasif dan pemoles, tetapi di masa depan mereka juga dapat digunakan untuk sensor kuantum atau untuk mempercepat reaksi energi terbarukan, seperti pemisahan karbon dioksida.

“Cara nanodiamonds saat ini dibuat adalah dengan mengambil seikat karbon atau berlian dan meledakkannya dengan bahan peledak,” kata ilmuwan dan kolaborator SLAC Benjamin Ofori-Okai.

“Ini menciptakan berlian nano dengan berbagai ukuran dan bentuk dan sulit dikendalikan.”

“Apa yang kami lihat dalam percobaan ini adalah reaktivitas yang berbeda dari spesies yang sama di bawah suhu dan tekanan tinggi.”

“Dalam beberapa kasus, berlian tampaknya terbentuk lebih cepat daripada yang lain, yang menunjukkan bahwa kehadiran bahan kimia lain ini dapat mempercepat proses ini.”

“Produksi laser dapat menawarkan metode yang lebih bersih dan lebih mudah dikontrol untuk menghasilkan berlian nano.”

“Jika kita dapat merancang cara untuk mengubah beberapa hal tentang reaktivitas, kita dapat mengubah seberapa cepat mereka terbentuk dan seberapa besar mereka terbentuk.”