HP Star este un laborator de cercetare de înaltă presiune care investighează medii care imită condițiile găsite în nucleul celor mai mari planete ale sistemului nostru solar. Prin crearea unor presiuni și temperaturi enorme la o scară micro, oamenii de știință de la HP Star pot studia efectele celor mai abundente elemente ale universului în mediile cele mai extreme.

Scopul acestei cercetări este de a înțelege ce se întâmplă cu elementele de bază atunci când sunt supuse unei presiuni și temperaturi enorme, ceea ce ne va permite să obținem o înțelegere mai profundă a ceea ce se întâmplă de fapt în interiorul nucleului unei planete. Jupiter, Saturn și planetele joviene ale sistemului nostru solar sunt formate în principal din hidrogen și heliu. Aceste două elemente abundente reprezintă principalul obiectiv al experimentelor de înaltă presiune efectuate la laboratoarele HP Star.

Pentru a atinge presiuni atât de ridicate într-un laborator din Shanghai, oamenii de știință HP captează hidrogenul gazos într-o cameră de probă care este prinsă între două diamante. O bucată mică de folie metalică este găurită cu laser pentru a crea o cameră de probă de la 20 la 200 de microni. Folia metalică acționează ca o garnitură care este presată cu precizie între două diamante, oferind o cameră de probă pentru experimente.

Odată ce eșantionul de gaz este prins între diamante, oamenii de știință pot crește încet presiunea prin strângerea celulelor de oțel care prind diamantele împreună. Acest lucru zdrobește gazul prins la presiuni enorme în interiorul camerei datorită durității incredibile și structurii de carbon a diamantelor. Celălalt beneficiu al utilizării diamantelor pentru a crea camere de înaltă presiune profită de claritatea lor optică. Acest lucru le permite oamenilor de știință să tragă lasere infraroșii puternice prin diamante în camerele de înaltă presiune, recreând temperaturile și presiunile extreme găsite la nucleele planetare.

Dr. Dalladay-Simpson folosește imprimarea 3D pentru a crea suporturi de celule care servesc drept platformă pentru efectuarea experimentelor. Suporturile de celule conțin celule de oțel care asigură forța de strângere exercitată asupra diamantelor. Cerințele de material pentru aceste suporturi de celule sunt foarte solicitante, deoarece presiunea și temperatura localizate în interiorul camerei pot atinge 400 GPa și peste 3800°C. În timp ce această presiune și temperatură imensă este foarte localizată în camera de diamant și are loc doar pentru o perioadă scurtă de timp, materialul suporturilor de celule trebuie încă să fie foarte rigid și rezistent la căldură pentru a produce experimente fiabile.

„Miezul Pământului are o presiune de 320 de gigapascali (GPa), în experimentele noastre, putem ajunge la presiuni de 400 GPa, când creștem presiunea peste acest punct, diamantele noastre tind să explodeze sub presiune, atunci când merg, este destul de spectaculos. ” – Dr. Dalladay-Simpson

PolyMide™ PA6-CF a fost materialul ales pentru laborator. „Rigiditatea și rezistența nailonului umplut cu carbon produce un suport de celule cu adevărat solid, gama noastră focală funcționează într-o toleranță de microni și celulele rămân în funcțiune după creșterea presiunii.” – Dr. Dalladay-Simpson

 Cu o temperatură de deviere a căldurii de 215°C, PolyMide™ PA6-CF se dovedește a fi un candidat foarte bun pentru multe tipuri de echipamente de laborator personalizate, nu doar pentru aceste suporturi de celule. „Anterior, pentru echipamentele de laborator personalizate, ne așteptam la un termen de 2-3 săptămâni de la atelierul nostru de mașini și de multe ori ar fi nevoie să modificăm în continuare echipamentul. Aceste noi materiale [PolyMide™ PA6-CF și GF] accelerează rapid acest proces, producând în același timp echipamente de laborator superioare și mai formative.” – Dr. Dalladay-Simpson

La celălalt capăt al spectrului de temperatură, PolyMide™ PA6-GF a fost folosit pentru a crea cutii criogenice care studiază elementele la temperaturi extrem de scăzute. Aceste cutii criogenice sunt folosite pentru răcirea criogenică a vârfurilor de diamant până când sunt suficient de reci pentru a condensa probe, fie ca solid, fie ca lichid, în funcție de elementul specimen.

Acest lucru permite experimente de cercetare la presiune înaltă pe clor solid, hidrogen sulfurat și alți supraconductori la temperatură înaltă. Această cercetare oferă o perspectivă asupra condițiilor atmosferice experimentate de giganții gazoși ai sistemului nostru solar. „Am turnat azot lichid direct în cutiile criogenizate imprimate 3D pentru a ne răci rapid celulele, am experimentat crăparea unor filamente nearmate cu fibre sub șocul termic, PA6-GF funcționează foarte bine atunci când sunt supuse acestor condiții. ” – Dr. Dallday-Simpson

Pentru Dr. Dalladay-Simpson scopul final este de a produce hidrogen metalic în laboratorul său, care a fost descris drept Sfântul Graal al fizicii de înaltă presiune. Hidrogenul metalic este o fază a hidrogenului în care se comportă ca un conductor electric și a fost teoretizat pentru prima dată în 1935 de Eugene Wigner și Hillard Bell Huntington. Cercetătorii cred că hidrogenul metalic este prezent în cantități mari în interioarele fierbinți și comprimate gravitațional ale lui Jupiter și Saturn. Folosind o tehnică de împrăștiere RAMAN dezvoltată în interior, Dr. Dalladay-Simpson poate sonda vibrațiile din interiorul camerei probei, care speră că vor dezvălui hidrogenul metalic.