Đã có kim cương nhân tạo cứng hơn kim cương tự nhiên

Khi được hỏi về loại vật liệu tự nhiên cứng nhất trên Trái đất, mọi người đều nghĩ đến đó là kim cương – những viên đá xinh đẹp được dùng làm trang sức, có thể cắt đứt thép và đá.

Tuy nhiên mới đây, các nhà khoa học đã nâng cấp loại kim cương Lonsdaleite lên thành một phiên bản mới. Kim cương Lonsdaleite được tìm thấy tại những miệng hố va chạm của Trái đất với các thiên thạch trong quá khứ.

Viên kim cương Lonsdaleite được các nhà khoa học dùng để tạo thành bản nâng cấp mới của nó. Ảnh: Jamie Kidston, ANU.

Kim cương Lonsdaleite rất đặc biệt vì được tạo thành từ carbon nguyên khối. Cấu tạo gồm những tinh thể hình lục giác khiến nó cứng cáp hơn những loại kim cương bình thường tới 58%.

Kim cương Lonsdaleite lần đầu được phát hiện vào năm 1967. Trước đây nhiều nhóm nghiên cứu cũng từng thí nghiệm trên kim cương Lonsdaleite nhưng thất bại, vì nó đòi hỏi điều kiện nhiệt độ lên đến hơn 1.000 độ C để thực hiện.

Các nhà khoa học tiến hành nghiên cứu và tạo ra một phiên bản nano của kim cương Lonsdaleite trong phòng thí nghiệm. Bản nâng cấp sẽ còn cứng hơn so với bản gốc trong tự nhiên. Khi được chế tạo và sản xuất hàng loạt, nó sẽ trở thành vật chất cứng nhất để ứng dụng vào công việc đào mỏ, nhiều khu mỏ trên thế giới có lớp đá rất cứng.

Viên kim cương được đặt trong cái đe ở phòng thí nghiệm để tạo ra loại kim cương mới vô cùng cứng và bền. Ảnh: Jamie Kidston, ANU.

“Cấu trúc tinh thể lục giác của kim cương khiến nó cứng cáp hơn bất cứ loại kim cương nào, vì những loại kim cương thông thường chỉ có cấu trúc tinh thể dạng khối lập phương”, nhà nghiên cứu Jodie Bradby từ Đại học Quốc gia Australia cho biết.

Phiên bản mới của kim cương Lonsdaleite là một dạng carbon có hình dạng phức tạp, được gọi là carbon vô định hình. Họ đặt carbon vô định hình trên một cái đe, trên dưới đều là hai viên kim cương đặt đối với nhau. Rồi chỉnh điều kiện thí nghiệm với mức áp lực rất cao, như việc bạn bị đè xuống sâu thẳm gần lõi Trái đất.

Sử dụng đe kim cương cùng áp lực vô cùng cao, họ đã tạo ra được viên kim cương chỉ với nhiệt độ 400 độ C. Nghĩa là nó được tạo ra với phương pháp đơn giản và chi phí rẻ hơn so với trước đây.

“Viên kim cương mới này sẽ không xuất hiện trong các chiếc nhẫn đính hôn, mà được gắn trên những mũi khoan để khai thác các mỏ đất đá ở những địa hình rắn chắc trên Trái đất. Loại kim cương này sẽ cắt khoan bất cứ loại vật liệu nào trên Trái đất một cách rất dễ dàng”, Bradby cho biết.

Nghiên cứu này được đăng trên Tạp chí Scientific Reports.

Quang Niên (Dịch từ Science Alert)