Wie aus Plastikflaschen "Nanodiamanten" werden könnten
PET ist überall: In Getränkeverpackungen, Plastikgeschirr und vielen anderen Produkten. Doch aus dem Müll lässt sich im Experiment etwas Spannendes machen.
(Bild: HZDR / BLAUROCK)
Manchmal sorgt der Zufall für die spannendsten Entdeckungen. Das gilt auch für ein Gruppe aus Forschenden vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), der Ecole Polytechnique in Paris und der Uni Rostock. Das Team wollte eigentlich herausfinden, welche physikalischen Abläufe in Eisplaneten wie dem Neptun oder dem Uranus zu beobachten sind, fanden dabei jedoch eine Methode, wie sich aus einfachen Polyethylenflaschen sogenannte Nanodiamanten machen lassen.
Dazu beschossen die Forscherinnen und Forscher um Dominik Kraus, Professor für Strahlenphysik, einen Dünnfilm aus PET-Kunststoff mit einem Laser. Mit Hochleistungslaserblitzen konnten sie anschließend prüfen, was passiert war. Es zeigte sich, dass im Inneren der Eisgiganten Diamanten wie am Fließband entstehen. Der Grund sind die extremen Bedingungen, die Tausende Grad Celsius mit einem Druck kombinieren, der Millionen Mal größer ist als auf der Erde. Das wiederum ließ sich mit dem Laser und dem PET simulieren.
6.000 Grad Celsius per Laser
Dabei wird das Material für einen kurzen Moment auf 6.000 Grad Celsius erhitzt. Es ergaben sich Schockwellen, die ähnlich wie in Eisplaneten einen Kompressionsdruck von einer Million Mal des Atmosphärendrucks aufbauten. Es reichten wenige Nanosekunden. Es ergaben sich winzige Diamanten, besagte Nanodiamanten.
Frühere Experimente waren mit Kohlenwasserstoffdünnfilmen durchgeführt worden. Doch das simulierte die Eisplaneten nur teilweise, denn der dort vorhandene Sauerstoff fehlte. Die Lösung: PET. Denn dies habe "eine gute Balance aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff", was wiederum gut als Simulation von Eisplaneten verwendbar sei, so Kraus in einem Medienstatement.
Hilfe aus Kalifornien
Die Experimente selbst wurden in den USA durchgeführt, wo mit SLAC in Kalifornien ein Röntgenlaser vorhanden ist, der auf einem Teilchenbeschleuniger basiert, die Linac Coherent Light Source (LCLS). Eine Kombination aus intensiven Laserblitzen misst und analysiert das Endresultat gleichzeitig. Es ist sogar möglich, festzustellen, wie schnell und groß die Nanodiamanten wachsen. Der in PET enthaltene Sauerstoff war dabei sehr hilfreich, so die Forscher. Das dabei gebildete Wasser nahm einen sogenannten superionischen Zustand an. Dieser kann eine Erklärung dafür sein, warum Eisgiganten ein Magnetfeld haben, denn das Wasser leitet Strom. Ob es eine Mischung aus Nanodiamanten und superionischem Wasser auf Uranus und Neptun gibt, ist aber noch nicht abschließend geklärt.
Nächstes Ziel der Forscher ist es nun, mit der Methode eine Art Fabrikstraße für Nanodiamanten aufzubauen, die mit hoher Präzision hergestellt werden könnten. Das Material könnte für Reinigungs- und Polierzwecke verwendet werden, aber auch für neue Katalysatoren zur CO2-Zersetzung oder gar neuartigen Quantensensoren. Frühere Methoden der Herstellung dieser Diamanten wirken dagegen altbacken, hier kommen Explosivstoffe zum Einsatz.
(bsc)