雷射轉化塑膠為奈米鑽石突破

Schlüsselpunkte

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🔹 實驗突破與奈米鑽石回收機制

研究團隊利用位於布拉格南部的極端光基礎設施（ELI）高功率雷射，以每分鐘三次的頻率照射厚度僅一百微米的聚對苯二甲酸乙二酯（PET）塑膠薄膜。雷射脈衝產生的衝擊波使碳元素瞬間形成奈米鑽石，並在抵達真空環境時加速至每秒十公里以上的極高速度。為了防止鑽石在撞擊收集器時毀損，團隊使用水溶性離子膠作為緩衝介質，成功回收平均直徑三奈米、包含約三千個碳原子的完整奈米鑽石顆粒。

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🔸 奈米鑽石的獨特物理特性與純度優勢

透過此一雷射技術生產的奈米鑽石，具備高純度、極小尺寸以及高度一致的顆粒大小，這是傳統爆炸法等常規方法難以達到的水準。這些碳結晶體平均直徑僅三奈米（十億分之三公尺），經過徹底純化後，研究人員首次利用羅斯托克大學的ELMI-MV電子顯微鏡進行直接觀察，甚至能解析出單一碳原子，證明其能在從極端壓力與溫度返回常態條件後完全存活。

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⭐ 醫學造影、量子感測與催化反應應用

奈米鑽石具備硬度高、穩定且耐熱的特質，極小的尺寸與龐大的相對表面積提供了豐富的化學反應活性位點。這使其非常適合應用於加速二氧化碳太陽能分解的催化劑，並能透過摻雜其他元素（Doping）來客製化功能。潛在應用涵蓋用作高靈敏度量子感測器、改善磁振造影（MRI）檢查的醫學顯影對比劑，以及精密的醫療與能源技術。

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📊 生產規模化與未來研究展望

雖然每次雷射發射可產生約十兆顆鑽石，但團隊仍需大約一百次發射才能收集到幾百微克的材料。隨著核融合研究推動更具能源效率、發射頻率更高的高功率雷射發展，未來有望將產量提升至毫克範圍，達到傳統生產工藝的水準。此外，研究團隊計畫於十一月進行初步實驗，嘗試利用更高的雷射壓力直接從塑膠中製造出預期比鑽石更密、更硬且不脆的新型碳結構BC8。

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💡 跨學科研究團隊與發表背景

本項研究由黑姆霍茲中心德勒斯登-羅森endorf分所（HZDR）新成立的高能量密度物理HEDI研究所創所主任多米尼克·克勞斯（Dominik Kraus）與羅斯托克大學教授領導，主要作者為HZDR的博士生本·霍瑟（Ben Heuser）。研究成果已於2025年8月25日正式發表於國際材料科學期刊《Diamond and Related Materials》，為塑膠廢棄物的高值化轉化與前瞻材料製造開闢了全新路徑。

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