Yapay elmas üretiminde çığır açacak buluş

Tokyo Üniversitesi ve uluslararası araştırmacı grubundan bilim insanları, yapay elmas üretiminde devrim yaratabilecek bir yöntem geliştirdi. Karbon bazlı örneklerin dikkatle hazırlanmasının ardından elektron ışınıyla işlemden geçirilmesiyle, malzemenin elmasa dönüştüğü ve aynı zamanda organik bileşiklerin zarar görmekten korunduğu keşfedildi. Bu ilerleme, malzeme bilimi ve biyolojide gelişmiş görüntüleme ve analiz tekniklerinin önünü açabilir.

GELENEKSEL YÖNTEMLERDEN FARKLI BİR YAKLAŞIM

Geleneksel elmas üretimi, karbonun yüksek basınç ve sıcaklıkta kararlı hale geldiği koşullarda ya da kimyasal buhar biriktirme yöntemiyle yapılır. Ancak Tokyo Üniversitesi Kimya Bölümü’nden Profesör Eiichi Nakamura ve ekibi, düşük basınçta kontrollü elektron ışınlamasına dayalı farklı bir yöntem denedi. Araştırmacılar, C₁₀H₁₆ formülüne sahip “adamantan” adlı molekülü test materyali olarak kullandı.

Adamantan, karbon atomlarının elmasın dört yüzlü kafes yapısını andıran bir düzen içinde olması nedeniyle nanodiamant üretimi için uygun bir başlangıç noktası sunuyor. Ancak elmasa dönüşümün gerçekleşmesi için hidrojen atomlarının (C–H bağları) çıkarılıp karbon-karbon bağlarıyla (C–C) değiştirilmesi gerekiyor. Nakamura, bu dönüşümün teorik olarak bilindiğini, ancak “hiç kimsenin bunun pratikte mümkün olacağını düşünmediğini” belirtti.

ELMAS OLUŞUMU İLK KEZ GERÇEK ZAMANDA GÖZLENDİ

Araştırma ekibi, bu dönüşüm sürecini gerçek zamanlı olarak gözlemlemek için kütle spektrometresi yerine atomik çözünürlükte görüntüleme sunan transmisyon elektron mikroskobu (TEM) kullandı. Adamantan kristalleri, 80 ila 200 kiloelektron volt aralığında elektron ışınlarına, 100 ila 296 Kelvin sıcaklıklarda ve vakum altında birkaç saniye boyunca maruz bırakıldı.

Bu deney düzeni, nanodiamant oluşum sürecinin doğrudan gözlemlenmesini sağladı. Ekip, elektron ışınlarının polimerleşmeyi ve yeniden yapılanmayı nasıl tetiklediğini ortaya koyarken, aynı zamanda TEM’in diğer organik moleküllerde kontrollü reaksiyonların incelenmesi için de yeni bir araç olabileceğini gösterdi.

“SANAL GÖZLEMLERİ GERÇEĞE DÖNÜŞTÜRMEK İSTEDİM”

Sentetik ve hesaplamalı kimya alanında uzun yıllardır çalışan Profesör Nakamura, bu çalışmayı kariyerindeki önemli bir dönüm noktası olarak tanımladı ve “Hesaplamalar size sanal reaksiyon yolları sunar ama ben bunu kendi gözlerimle görmek istedim” dedi. 2004’ten bu yana süren ısrarlı çalışmaları sayesinde Nakamura, doğru koşullar altında elektron ışınlarının organik molekülleri yok etmek yerine kararlı ve öngörülebilir reaksiyonları başlatabileceğini kanıtladı.