HP Star es un laboratorio de investigación de alta presión que investiga entornos que imitan las condiciones que se encuentran en el núcleo de los planetas más grandes de nuestro sistema solar. Al crear enormes presiones y temperaturas a microescala, los científicos de HP Star pueden estudiar los efectos de los elementos más abundantes del universo en los entornos más extremos.
El objetivo de esta investigación es comprender qué sucede con los elementos básicos cuando están sometidos a una presión y temperatura enormes, lo que nos permitirá obtener una comprensión más profunda de lo que realmente sucede dentro del núcleo de un planeta. Júpiter, Saturno y los planetas jovianos de nuestro sistema solar están compuestos principalmente de hidrógeno y helio. Estos dos abundantes elementos son el foco principal de los experimentos de alta presión llevados a cabo en los laboratorios HP Star.
Para lograr presiones tan altas dentro de un laboratorio en Shanghai, los científicos de la estrella de HP atrapan gas hidrógeno dentro de una cámara de muestra que se sujeta entre dos diamantes. Se perfora con láser un pequeño trozo de lámina metálica para crear una cámara de muestra que varía entre 20 y 200 micrones. La lámina metálica actúa como una junta que se presiona con precisión entre dos diamantes y proporciona una cámara de muestra para los experimentos.
Una vez que el gas de muestra queda atrapado entre los diamantes, los científicos pueden aumentar lentamente la presión apretando las celdas de acero que sujetan los diamantes. Esto aplasta el gas atrapado a enormes presiones dentro de la cámara gracias a la increíble dureza y estructura de carbono de los diamantes. El otro beneficio de usar diamantes para crear cámaras de alta presión se aprovecha de su claridad óptica. Esto permite a los científicos disparar potentes láseres infrarrojos a través de los diamantes hacia las cámaras de alta presión, recreando las temperaturas y presiones extremas que se encuentran en los núcleos planetarios.
El Dr. Dalladay-Simpson está utilizando la impresión 3D para crear portaceldas que sirvan como plataforma para realizar los experimentos. Los portaceldas contienen las celdas de acero que proporcionan la fuerza de sujeción ejercida sobre los diamantes. Los requisitos de material para estos soportes de celda son muy exigentes, ya que la presión y la temperatura localizadas dentro de la cámara pueden alcanzar los 400 GPa y más de 3800 ° C. Si bien esta inmensa presión y temperatura está muy localizada dentro de la cámara de diamante y solo ocurre durante un corto período de tiempo, el material de los portaceldas aún debe ser muy rígido y resistente al calor para producir experimentos confiables.
“El núcleo de la Tierra tiene una presión de 320 gigapascales (GPa), en nuestros experimentos, podemos alcanzar presiones de 400 GPa, cuando aumentamos la presión más allá de este punto, nuestros diamantes tienden a explotar bajo presión, cuando se van, es bastante espectacular. " - Dr. Dalladay-Simpson
PolyMide ™ PA6-CF , el último material de Polymaker ha sido el material elegido para el laboratorio. "La rigidez y resistencia del nailon relleno de carbono produce un soporte de celda realmente sólido, nuestro rango focal funciona en una tolerancia de micrones y las celdas permanecen muertas después de aumentar la presión". - Dr. Dalladay-Simpson
Con una temperatura de deflexión de calor de 215 ° C, PolyMide ™ PA6-CF demuestra ser un muy buen candidato para muchos tipos de equipos de laboratorio personalizados, no solo estos soportes de celda. “Anteriormente, para el equipo de laboratorio personalizado, esperábamos un plazo de entrega de 2-3 semanas de nuestro taller de máquinas interno y, a menudo, necesitábamos modificar más el equipo. Estos nuevos materiales [PolyMide ™ PA6-CF & GF] aceleran rápidamente ese proceso, al mismo tiempo que producen equipos de laboratorio superiores y más formativos ". - Dr. Dalladay-Simpson
En el otro extremo del espectro de temperatura, PolyMide ™ PA6-GF se ha utilizado para crear cajas criogénicas que estudian elementos a temperaturas extremadamente frías. Estas cajas criogénicas se utilizan para enfriar criogénicamente las puntas de diamante hasta que estén lo suficientemente frías como para condensar las muestras, ya sea en forma sólida o líquida, según el elemento de la muestra.
Esto permite experimentos de investigación de alta presión sobre cloro sólido, sulfuro de hidrógeno y otros superconductores de alta temperatura. Esta investigación da una idea de las condiciones atmosféricas experimentadas por los gigantes gaseosos de nuestro sistema solar. “Hemos estado vertiendo nitrógeno líquido directamente en las cajas criogénicas impresas en 3D para enfriar rápidamente nuestras células, hemos experimentado que algunos filamentos no reforzados con fibra se agrietan bajo el choque térmico, el PA6-GF funciona muy bien cuando está sujeto a estas condiciones. " - Dr. Dallday-Simpson
Para el Dr. Dalladay-Simpson, el objetivo final es producir hidrógeno metálico en su laboratorio, que ha sido descrito como el santo grial de la física de alta presión. El hidrógeno metálico es una fase del hidrógeno en la que se comporta como un conductor eléctrico y fue teorizado por primera vez en 1935 por Eugene Wigner y Hillard Bell Huntington. Los investigadores creen que el hidrógeno metálico está presente en grandes cantidades en los interiores calientes y gravitacionalmente comprimidos de Júpiter y Saturno. Mediante el uso de una técnica de dispersión RAMAN desarrollada internamente, el Dr. Dalladay-Simpson puede sondear las vibraciones dentro de la cámara de muestras que espera que revelen el hidrógeno metálico.
