Sử dụng fullerenes để tạo ra kim cương khó vỡ hơn

17:22 | 29/11/2021 Print
Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Trung Quốc, Đức và Mỹ đã tìm ra phương thức mới để tạo ra một viên kim cương ít vỡ hơn. Trong bài viết được xuất bản trên tạp chí Nature, nhóm nghiên cứu đã mô tả cách thức tạo ra một viên kim cương tinh thể và cách sử dụng phù hợp đối với nó.
Sử dụng fullerenes để tạo ra kim cương khó vỡ hơn
So sánh cấu trúc: kim cương kết tinh (trái) và kim cương tinh thể (phải)

Nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng, kim cương là vật liệu cứng nhất thế giới, song nó lại có thể dễ dàng bị cắt hoặc thậm chí vỡ. Điều này xuất phát từ cấu trúc nguyên tử có trật tự của chúng. Những năm qua, nhiều các nhà khoa học đã cố gắng tạo ra những viên kim cương giữ được độ cứng nhưng khó vỡ hơn, và phát minh của nhóm nghiên cứu đã gần đạt được mục tiêu đó.

Hiện nay, cách tạo ra kim cương là đặt vật liệu làm từ carbon vào một thiết bị nén chặt, nơi nó được nung nóng đến nhiệt độ rất cao đồng thời được ép mạnh. Trong phương thức mới, các nhà nghiên cứu cũng sử dụng cách thức này để tạo ra một loại kim cương ít trật tự hơn, nhưng đã bổ sung thêm fulleren - vật liệu hình thành từ carbon, còn được gọi là buckyball (các nguyên tử carbon được sắp xếp trong một hình cầu rỗng). Họ nung nóng vật liệu lên từ 900-1.300°C ở áp suất 27-30 gigapascal. Đáng chú ý, áp suất tạo ra thấp hơn nhiều so với áp suất được sử dụng để chế tạo kim cương thương mại. Trong quá trình xử lý, các quả cầu được ép sập và chúng hình thành những viên kim cương tinh thể trong suốt có thể được chiết xuất ở nhiệt độ phòng.

Sau khi tạo ra những viên kim cương có cấu trúc bớt trật tự hơn, các nhà nghiên cứu đã soi chúng dưới kính hiển vi điện tử để tìm hiểu thêm về cấu trúc của chúng. Họ cũng đưa các mẫu vào nhiễu xạ tia X và mô hình nguyên tử. Khi làm như vậy, họ phát hiện ra những viên kim cương mới này được làm từ carbon lai sp3 bất trật tự, đúng như họ mong đợi. Như vậy, mục tiêu tạo ra một viên kim cương khó vỡ hơn đã đạt được.

Khác với kết quả nghiên cứu gần đây nhằm tạo ra kim cương bớt giòn hơn, viên kim cương thu được của họ không hoàn toàn vô định hình (có thể khiến nó trở thành một loại thủy tinh), mà là một loại tinh thể kim cương vô định hình. Điều này nghĩa là nó có trật tự tầm trung - các nguyên tử của nó được sắp xếp theo khoảng cách ngắn chứ không dài. Vì vậy, không tồn tại mặt phẳng nguyên tử, nên những viên kim cương này không thể cắt được như kim cương tự nhiên./.

© Kinh tế và Dự báo - Bộ Kế hoạch và Đầu tư