Đột Phá Trong Ngành Kim Cương: Phát Minh Mới Từ Trung Quốc Tạo Ra Đá Quý Bền Hơn Gấp Nhiều Lần

Một nghiên cứu nổi bật gần đây được công bố trên tạp chí khoa học danh tiếng Nature Synthesis đã mang đến cơ hội mới cho ngành công nghiệp kim cương toàn cầu. Nghiên cứu này cho thấy, với những phát kiến mới, chúng ta có thể tạo ra một loại kim cương không chỉ cứng mà còn bền bỉ hơn gấp 5 đến 6 lần so với các loại kim cương truyền thống.

Kim cương đã từ lâu được biết đến là chất liệu tự nhiên cứng nhất trên thế giới. Tuy nhiên, một trong những nhược điểm lớn của kim cương là độ giòn; rất dễ bị nứt hoặc vỡ khi phải chịu tác động mạnh. Điều này đã dẫn đến một nỗ lực không ngừng của các nhà nghiên cứu trên toàn cầu nhằm cải thiện tính năng vật liệu này mà không làm giảm độ cứng vốn có.

Nhóm nghiên cứu từ Viện Vật lý, thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và Đại học Hàng không Vũ trụ Bắc Kinh đã công bố một phương pháp mới, cho phép gia tăng độ dai va đập của kim cương mà không ảnh hưởng đến độ cứng, hứa hẹn mở ra triển vọng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp chế tạo, khai thác địa chất và hàng không vũ trụ.

Công trình nghiên cứu này có sự hỗ trợ từ Cơ sở nghiên cứu điều kiện cực hạn Huairou tại Bắc Kinh, nơi cung cấp các điều kiện khắc nghiệt để thử nghiệm các vật liệu mới, từ đó phát triển các thế hệ vật liệu tiên tiến hơn.

Vật liệu mới được phát triển có khả năng chịu lực vượt trội, thậm chí còn tốt hơn một số hợp kim vonfram hiện đang được sử dụng trong các ứng dụng chịu tải trọng lớn. Bí quyết cho sự thành công này nằm ở việc ứng dụng các ống nano carbon đa thành (MWCNT) vào cấu trúc kim cương.

Các ống nano carbon, với kích thước nhỏ bé nhưng cực kỳ mạnh mẽ, giúp tăng cường độ bền cho kim cương mà vẫn giữ lại được độ cứng cần thiết. Qua quá trình nghiên cứu, nhóm khoa học đã phát hiện rằng việc kết hợp bột kim cương siêu mịn với các ống nano carbon trong môi trường có nhiệt độ và áp suất cực cao đã dẫn đến việc hình thành các liên kết hóa học bền vững giữa các thành phần này.

Công thức chế tạo đã bao gồm việc tạo ra sự kết hợp hài hòa giữa bột kim cương và ống nano carbon trong điều kiện kiểm soát nghiêm ngặt, giúp tối ưu hóa quá trình hình thành vật liệu.

Kết quả thu được cho thấy rằng vật liệu mới đạt độ cứng 91,6 gigapascal, tương đương với kim cương đơn tinh thể, nhưng lại có độ dai phá hủy lên đến 36,4 MPa√m, gấp nhiều lần so với kim cương cổ điển cùng với các hợp kim khác.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng kính hiển vi điện tử để theo dõi quá trình hình thành và lan truyền vết nứt trong cấu trúc kim cương. Họ nhận thấy rằng trong khi kim cương truyền thống dễ bị vỡ theo những đường thẳng, thì vật liệu mới cho phép các vết nứt được phân tán và hấp thụ năng lượng một cách hiệu quả, nhờ vào hệ thống ống nano carbon như những sợi dây neo hỗ trợ.

Việc nghiên cứu và phát triển vật liệu siêu bền này hứa hẹn sẽ có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ công nghiệp chế tác công cụ cắt cho đến các linh kiện chịu mài mòn trong ngành hàng không vũ trụ.

Nguồn: SCMP