Chế tạo được kim cương cứng hơn kim cương tự nhiên bằng phương pháp mới

Kim cương thu được theo phương pháp mới có cấu trúc tinh thể lục phương thay vì cấu trúc hình lập phương thông thường, với độ cứng và độ ổn định nhiệt ấn tượng.

Kim cương tự nhiên có độ cứng tối đa chỉ khoảng 110 GPa so với độ cứng 155 GPa của kim cương vừa tổng hợp. ẢNH: REUTERS

Trang ScienceAlert ngày 3.3 đưa tin các nhà khoa học vừa tổng hợp được kim cương cứng hơn kim cương tự nhiên, thông qua cách tiếp cận mới đối với cấu trúc của loại đá quý này.

Kim cương nổi tiếng là vật liệu tự nhiên cứng nhất trên trái đất, dù có những dạng tổng hợp còn cứng hơn. Mới đây, một nhóm chuyên gia tại nhiều trường đại học và viện nghiên cứu ở Trung Quốc tìm ra phương pháp tổng hợp mới.

Nhóm nghiên cứu đã đặt than chì dưới áp suất cực cao, trước khi nung nóng nó lên tới 1.527 độ C. Kim cương thu được có cấu trúc tinh thể lục phương thay vì cấu trúc hình lập phương thông thường.

Kim cương lục phương đầu tiên được các nhà khoa học chú ý cách đây hơn 50 năm, sau khi nó được phát hiện tại một địa điểm va chạm thiên thạch. Nghiên cứu mới này là bằng chứng chắc chắn đầu tiên cho thấy cấu trúc bên trong này làm tăng độ cứng.

Theo nhóm nghiên cứu, kim cương tự nhiên và tổng hợp chủ yếu có mạng tinh thể hình khối, trong khi cấu trúc lục phương vốn hiếm hoi và phần lớn chưa được khám phá, do độ tinh khiết thấp và kích thước rất nhỏ của hầu hết các mẫu thu được.

“Việc tổng hợp kim cương lục phương là một thách thức và ngay cả sự tồn tại của nó vẫn còn gây tranh cãi”, theo nhóm nghiên cứu.

Kim cương vừa tổng hợp được có độ cứng 155 GPa, đơn vị đo áp lực mà vật liệu có thể chịu được. Trong khi đó, kim cương tự nhiên có độ cứng tối đa khoảng 110 GPa.

Tính ổn định nhiệt của kim cương mới cũng rất ấn tượng. Các nhà nghiên cứu cho biết kim cương lục phương tổng hợp có thể chịu được nhiệt độ lên đến 1.100 độ C, so với mức 900 độ C đối với kim cương nano thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp. Kim cương tự nhiên có thể chịu được nhiệt độ cao hơn, nhưng chỉ trong điều kiện chân không.

Đây không phải là lần đầu tiên các nhà khoa học tìm cách tạo ra kim cương tinh thể dạng mạng lục phương trong phòng thí nghiệm. Một dự án trước đó được thực hiện vào năm 2016 đã tạo ra những viên kim cương này từ carbon vô định hình, một vật liệu không có hình dạng cố định.

Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu trên đã có phương pháp tổng hợp mới được chứng minh là có thể tạo ra vật liệu kim cương siêu cứng trong phòng thí nghiệm.

“Những phát hiện của chúng tôi cung cấp những hiểu biết có giá trị về quá trình chuyển đổi than chì thành kim cương dưới áp suất và nhiệt độ cao, tạo cơ hội cho việc chế tạo và ứng dụng vật liệu độc đáo này”, theo nhóm nghiên cứu.