العلماء يحققون إنجازا جديدا في تصنيع الألماس بطرق مبتكرة دون حرارة أو ضغط

في إنجاز علمي فريد، نجح باحثون من جامعة طوكيو في تحويل جزيئات عضوية إلى ألماس نانوي باستخدام حزم إلكترونية فقط. وقد خلت هذه العملية من الحاجة إلى الحرارة أو الضغط العاليين، كما هو معتاد في الطرق التقليدية. هذا الاكتشاف الرائد يقلب المفاهيم التقليدية حول تفاعل الإلكترونات مع المواد العضوية، ويعد بتغيير جذري في علوم المواد وفتح آفاق جديدة لفهم تشكل الألماس في الفضاء.

تفاصيل البحث

تحت قيادة العالم إيتشي ناكامورا من قسم الكيمياء بجامعة طوكيو، استخدم الفريق جزيئاً يعرف باسم الأدامانتان (C₁₀H₁₆). تتميز هذه الجزيئات بتركيب كربوني مشابه تماماً للشبكة البلورية للألماس، مما يجعلها مناسبة لتكوين ألماس نانوي. بدلاً من الاعتماد على الضغط والحرارة، تعرضت بلورات الأدامانتان لحزم إلكترونية بطاقة تتراوح بين 80 و200 كيلو إلكترون فولت داخل ميكروسكوب إلكتروني ناقل، تحت ظروف تفريغ ودرجات حرارة منخفضة تتراوح بين 100 و296 كلفن.

نتائج مذهلة

كانت المفاجأة أن الحزم الإلكترونية، التي كان يُعتقد سابقاً أنها تؤدي إلى تلف الجزيئات العضوية، ساهمت في إزالة ذرات الهيدروجين بدقة واستبدالها بروابط كربونية، مما أدى إلى تكوين شبكة ألماسية ثلاثية الأبعاد عالية الجودة.

تأثير الإلكترونات على الجزيئات

علق ناكامورا قائلاً: “كان يعتقد الجميع أن الإلكترونات تدمر الجزيئات العضوية، لكننا أثبتنا أنها قادرة على تحفيز تفاعلات كيميائية دقيقة عندما تتواجد الجزيئات في ظروف ملائمة”.

تحليل التحول إلى ألماس نانوي

استخدم الفريق الميكروسكوب الإلكتروني لرصد عملية التحول بشكل مباشر، وهو ما يُعتبر سابقة في تاريخ الكيمياء. أظهرت الصور أن سلاسل جزيئات الأدامانتان بدأت تتحول تدريجياً إلى ألماس نانوي كروي بقطر يصل إلى 10 نانومترات، مع انبعاث غاز الهيدروجين. وأظهر التحليل البنيوي أن هذه الجسيمات تتسم ببنية مكعبة مثالية مشابهة للألماس الطبيعي.

تفرد الأدامانتان في التجارب

توضح الدراسة أن سرعة التفاعل كانت مرتبطة بكسر روابط C–H، وأن أنواعاً أخرى من الهيدروكربونات لم تُنتج نفس النتائج، مما يبرز تفرد الأدامانتان كمادة أساسية في هذه العملية.

استمرارية البحث

استغرق هذا الإنجاز نحو عشرين عاماً من العمل المتواصل. ويصف ناكامورا هذا الاكتشاف بأنه تحقيق لحلم كان ينتظره الباحثون طويلاً، موضحاً: “هذا المثال لتخليق الألماس هو دليل قاطع على أن الإلكترونات لا تدمر الجزيئات العضوية، بل يمكنها توجيهها لتفاعلات كيميائية محددة، إذا كانت البنية الجزيئية مناسبة لذلك”.