激光脉冲轰击PET产约10万亿纳米金刚石

德国亥姆霍兹德累斯顿-罗斯多夫中心（HZDR）与罗斯托克大学的研究人员在《Diamond and Related Materials》发表论文，展示了一种利用高能激光脉冲轰击聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜合成超纯纳米金刚石的新方法。该技术通过极端压力使塑料中的碳原子重排为金刚石晶体结构，并首次实现了实验后纳米颗粒的常温常压安全回收。

实验在捷克布拉格附近的ELI Beamlines高能设施进行。研究团队使用厚度约100微米的PET薄膜，以每分钟3次的频率发射高能激光。每次激光冲击产生接近100 GPa（约100万个标准大气压）的极端压力，使碳原子在极短时间内重组形成直径约3纳米、含约3000个碳原子的纳米金刚石。由于冲击波到达薄膜边缘时会以超过10公里/秒的速度将颗粒抛入真空，研究人员在收集舱内放置了水溶性软离子凝胶作为缓冲介质，成功捕获并分离出这些微粒。

单次激光脉冲可生成约10万亿颗尺寸均一的纳米金刚石，但实际质量极小。实验表明，需累积约100次脉冲才能收集到数百微克的材料，足以进行电子显微镜表征。当前主要瓶颈在于产量，下一阶段目标是将产出提升至毫克级。该团队指出，惯性约束核聚变领域正在发展的高重复频率、高能效激光器技术，有望间接提升此类激光冲击波工艺的量产效率。

与传统利用富碳炸药爆轰合成纳米金刚石的方法相比，激光压缩法无需后续复杂的分离提纯步骤，且在粒径控制与纯度方面具有显著优势。这种高度均匀的纳米材料在精密抛光、传感器、电子器件及催化领域具备应用潜力。例如，通过掺杂特定元素可调节其晶格缺陷，用于制造高灵敏度量子传感器或医学造影剂；其超大比表面积也使其成为未来光催化转化二氧化碳的潜在候选材料。不过，相关医疗与量子应用仍需长期研发，尚未进入商业化阶段。

研究团队强调，该工艺目前并非面向大规模塑料回收的工业方案，而是探索将特定聚合物作为高附加值纳米材料的碳源前驱体。现有局限包括：仍处于实验室演示阶段，设备能耗与运行成本较高，尚未发布完整的生命周期环境影响评估，且未验证混合或受污染的消费后PET废料是否适用。此外，团队已规划下一步实验，试图通过更高压力条件合成理论预测的BC8型超硬碳结构。该成果由Ben Heuser与Dominik Kraus等学者主导完成，DOI为10.1016/j.diamond.2026.114091。