用 PET塑料生產納米金剛石可能成為一種新的廢物利用方法。這同時暗示可能存在下鑽石雨的系外行星。
（示意圖）
在距離地球超過10億英里的海王星和天王星冰巨星上，鑽石永遠存在。這不是宇宙詩，而是一個合理的科學結論：我們知道，在行星表面下方數英里的極端壓力和高溫下，碳氫化合物會被壓成水晶般的金光閃閃，這是求婚者夢寐以求的東西。但在遙遠的海王星和天王星上，宇宙的鑽石製造過程有點奇怪。自1970年代以來，科學家們認為鑽石實際上可能會像雨點般落向大部分泥濘行星的岩石核心——如果你願意承認的話，這就是一場鑽石雨。
2017年，德國和加利福尼亞的研究人員找到了一種複製這些行星條件的方法，在實驗室中使用聚苯乙烯(又名聚苯乙烯泡沫塑料)製造了稱為納米金剛石的微小鑽石。根據周五(應指9月2號)發表在《科學進展》雜誌上的一項研究，五年後他們又重新回來進行類似嘗試，這次使用了一些好的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。該研究不僅對我們對太空的理解具有重要意義，而且為利用在各種場合產生的廢塑料製造納米金剛石鋪平了道路。
那麼，為什麼我們要用與食品容器和水瓶等材料相同的塑料來製造鑽石呢？德國研究實驗室 Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf的科學家、該研究的主要作者Dominik Kraus在一封電子郵件中說，這是有充分理由的。
克勞斯和他的同事們最初嘗試用聚苯乙烯製造納米金剛石。這種材料含有與海王星和天王星上發現的相同的碳和氫元素。他們通過用直線加速器相干光源轟擊材料來實現這一目標，這是一種高能 X射線激光器。該設備位於加利福尼亞州SLAC國家加速實驗室。這個過程迅速將聚苯乙烯加熱到5,000開爾文並將其壓縮150吉帕，類似於在冰冷行星內部約6,000英里處的環境條件。
雖然研究人員能夠通過激光的兩次快速擊打來製作微笑的金光閃閃的小東西，但他們後來意識到缺少一種重要的化學成分：氧。因此，他們轉向了 PET，它不僅具有良好的碳和氫比例，而且還具有很好的含氧比例，使其比聚苯乙烯更接近冰巨星的化學成分比例。
「這些條件下的化學反應非常複雜，建模極其困難。在與理論家討論這種情況時，'任何事情都可能發生'是一個典型的短語，」克勞斯說。「確實，有一些預測表明氧氣的存在有助於[碳與氫分離]和鑽石的形成，但也有人認為它可能是相反的。」
為了證實這些理論，克勞斯和他的同事拿了一塊 PET，讓它經歷了與2017年相同的實驗運動，但還包括了一種叫做小角度 X射線衍射的東西，以觀察鑽石生長的速度和大小。
「我們發現氧氣的存在增強了鑽石的形成，而不是阻止它的形成，這使得這些行星內部的『鑽石雨』成為一種更可能的情況，」克勞斯說。「我們還看到，隨着實驗的進行，隨着壓力的增加和時間的推移，鑽石會變得更大。」
他們還能夠從一次 X射線照射中擠出大量微小的鑽石，大約為幾十億個微晶(總重量為幾微克)。但克勞斯說，至少現在，對於應用目的來說這是不夠的。化學催化劑等應用至少需要幾毫克，用於檢測磁流的金剛石量子傳感器也是不夠的。然而，它最終可以擴大規模以服務於這些目的，並成為邁向更高級的塑料回收方式的第一步。
「如果形成過程的工業規模化確實像上面討論的那樣有效，並且某些過程將需要非常大量的納米金剛石，例如催化光誘導的二氧化碳還原反應有助於減少全球變暖，這確實可能成為一種潛在的方式回收大量的 PET，」克勞斯說。
雖然製作閃閃發光的微型小玩意很好，但重要的是不要忽視科學意圖：更好地了解我們冰冷的行星鄰居的極端環境條件如何導致真正的鑽石淋浴。為此，克勞斯和他的團隊認為，他們還發現了更多關於一種奇異水的證據，這種水首先被理論化，但後來在2019年被最終發現。
《紐約時報》在2018年報道稱，它被稱為超離子水，就像固體和液體之間的奇怪混合物，被認為充滿了海王星、天王星以及可能無數其他冰巨星和其他行星的地幔。它在地球上可能對我們沒有任何應用，但它的存在可以解釋為什麼一些天體具有特殊的磁場。克勞斯說，納米金剛石確實在冰巨星內部形成的發現使得超離子水的條件更有可能出現。
「在我們的實驗中，我們還沒有看到與鑽石一起形成超離子水的直接證據，」克勞斯說。「但是我們的實驗表明，碳正在與氫和氧分離，從而使純水區域在行星內部形成。因此，通過使鑽石沉澱成為這些行星內部更真實的場景，超級離子水的形成也變得更有可能。」
除了超離子水，克勞斯和他的同事們在納米金剛石前沿還有更多的研究要做。他們正在尋找在幾分鐘內製造大量微小寶石的方法，並使用更容易獲得但仍然是高能量的激光系統。他們甚至可能會嘗試加入氮等元素，看看這將如何影響納米金剛石的形狀。(氮在鑽石中很常見——大約98%的天然鑽石含有百萬分之幾十到幾百的氮原子。)
或許有人讀到這篇文章之後，也想用舊水瓶做鑽石，以成為一個新版本的絕命毒師。我想說，把複雜的物理學留給專家。
