Tokyo Üniversitesi ve uluslararası bir araştırmacı ekibi, yapay elmas üretiminde devrim niteliğinde bir yöntem geliştirdi. Karbon bazlı örneklerin özenle hazırlanmasının ardından elektron ışınıyla işlenmesi, malzemenin elmasa dönüşümünü sağlarken, organik bileşiklerin hasar görmesini de engelledi. Bu buluş, malzeme bilimi ve biyoloji alanlarında gelişmiş görüntüleme ve analiz tekniklerine kapı aralayabilir.
Geleneksel Yöntemlerden Ayrışan Bir Strateji
Geleneksel elmas üretimi, karbonun belirli yüksek basınç ve sıcaklık koşullarında kararlı hale geldiği ortamlar veya kimyasal buhar biriktirme yöntemleriyle gerçekleştirilir. Ancak Tokyo Üniversitesi Kimya Bölümü’nden Profesör Eiichi Nakamura ve ekibi, düşük basınç altında kontrollü elektron ışınlamasına dayalı yenilikçi bir yöntem denemeye karar verdi. Araştırmacılar, C₁₀H₁₆ formülüne sahip olan “adamantan” adlı molekülü test materyali olarak kullandı.
Adamantan, karbon atomlarının elmasın dört yüzlü kafes yapısına benzer bir düzen içerisinde olmasıyla nanodiamant üretimi için uygun bir başlangıç noktası oluşturuyor. Ancak elmasa dönüşümün gerçekleşmesi için hidrojen atomlarının (C–H bağları) çıkarılarak karbon-karbon bağlarıyla (C–C) değiştirilmesi gerekiyor. Nakamura, bu dönüşümün teorik olarak bilindiğini, ancak böyle bir uygulamanın pratikte mümkün olabileceğini kimsenin düşünmediğini ifade etti.
Elmas Oluşumu İlk Defa Gerçek Zamanlı Olarak İncelendi
Araştırma ekibi, dönüşüm sürecini gerçek zamanlı olarak gözlemlemek için kütle spektrometresi yerine atomik çözünürlükte görüntüleme sağlayan 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 gözlemlenmesine olanak tanıdı. Ekip, elektron ışınlarının polimerleşme ve yeniden yapılanmayı nasıl etkilediğini ortaya koyarken, aynı zamanda TEM’in diğer organik moleküllerde düzenli reaksiyonların incelenmesi için yenilikçi bir araç olabileceğini gösterdi.
“Sanal Gözlemleri Gerçeğe Dönüştürmek İstedim”
Sentetik ve hesaplamalı kimya alanında uzun yıllardır çalışan Profesör Nakamura, bu araştırmayı kariyerindeki kritik bir dönüm noktası olarak değerlendiriyor ve “Hesaplamalar size sanal reaksiyon yolları sunar, ancak ben bunu kendi gözlerimle görmek istedim” dedi. 2004 yılından bu yana süregelen ısrarlı çalışmaları aracılığıyla, Nakamura, uygun koşullar altında elektron ışınlarının organik molekülleri yok etmek yerine kararlı ve öngörülebilir tepkimeleri başlatabileceğini kanıtladı.
