KHÁM PHÁ

Ấn tượng kim cương được tạo cực nhanh trong nhiệt độ phòng

Hòa Bảo • 09-12-2020 • Lượt xem: 1483
Ấn tượng kim cương được tạo cực nhanh trong nhiệt độ phòng

Kim cương mất nhiều tỉ năm để hình thành ở độ sâu gần 150 km dưới mặt đất, nhưng giờ đây với quá trình thực hiện chỉ vài phút đồng hồ, các nhà khoa học đã có thể tạo ra kim cương hiếm ở nhiệt độ phòng.

Theo tự nhiên, dưới sức ép cực lớn và ở điều kiện nhiệt độ thích hợp, quá trình tinh thể hóa carbon tạo ra kim cương trong lòng đất. Tuy nhiên, chúng ta không thể kiên nhẫn chờ hàng tỉ năm để có được một viên kim cương, và ta cũng hiểu rõ điều kiện sinh sống và làm việc tại mỏ (kim cương nói riêng, khai khoáng nói chung) tàn nhẫn ra sao, vậy nên các nhà khoa học đã tìm cách làm ra kim cương nhân tạo trong phòng thí nghiệm.

Mới đây, một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế vừa thành công trong việc tạo ra kim cương chỉ trong vài phút, đồng thời cho thấy quá trình không chỉ rất nhanh mà còn có thể diễn ra ở nhiệt độ phòng. Nhưng bạn đừng vội mừng rỡ gửi tin nhắn này cho người thương, những viên kim cương này sẽ không nhằm phục đích làm đẹp đôi tay của một cô gái sắp đi lấy chồng đâu.

Những viên kim cương nhân tạo cứng cáp sẽ được dùng để cắt những vật liệu siêu cứng khác hay làm lớp phủ cho những thiết bị cần một lớp vỏ bảo vệ bền chắc.

Xingshuo Huang, một trong những nhà nghiên cứu viết báo cáo khoa học, cầm trên tay thiết bị chế tạo kim cương nhân tạo. Ảnh: CNN

Cụ thể, nhóm nghiên cứu này bao gồm các nhà khoa học đến từ đại học quốc gia Úc (ANU) và đại học RMIT. Họ đã sử dụng một chiếc "đe kim cương" - thiết bị nén áp suất cao để ép những tinh thể carbon thành kim cương thông thường lẫn kim cương lục giác Lonsdaleite ngay ở nhiệt độ phòng. Nhóm nghiên cứu cho biết áp suất tạo ra đến 100 GPa, tương đương với 640 con voi châu Phi đứng trên mũi giày ba lê.

Trước đây, nhóm nghiên cứu trên cũng đã từng tạo ra kim cương trong phòng thí nghiệm nhưng bằng nhiệt độ cao, song lần này, họ sử dụng áp lực ở nhiệt độ phòng.

Nhà vật lý Jodie Bradby cho biết: "Chúng tôi đã cho carbon trải qua một trạng thái gọi là ‘lực cắt’ - giống như lực xoắn hay lực trượt. Chúng tôi nghĩ rằng điều này cho phép các nguyên tử carbon có thể di chuyển vào đúng vị trí từ đó tạo thành kim cương Lonsdaleite lẫn kim cương thông thường… Chúng tôi chỉ đơn giản là ép vật liệu lại với nhau ở áp suất cực lớn. Tất cả quá trình này diễn ra chỉ trong vài phút".

Các nhà khoa học tạo ra kim cương trong chỉ vài phút, ngay ở nhiệt độ phòng

Đồng tác giả nghiên cứu, giáo sư Dougal McCullock (phải) cùng nhóm nghiên cứu tại RMIT đã dùng kính hiển vi điện tử để chụp cắt lớp mẫu kim cương nhân tạo này và cho biết: "Những hình ảnh chúng tôi chụp được cho thấy kim cương thông thường chỉ hình thành ở giữa các mạch của kim cương Lonsdaleite với phương pháp chế tạo bằng áp suất cao này. Đây là lần đầu tiên chúng tôi được thấy những ‘dòng sông’ của kim cương Lonsdaleite và kim cương thông thường. Từ đây chúng tôi sẽ có thể hiểu rõ hơn về cách 2 loại kim cương được hình thành".

Kim cương thông thường vẫn có trên nhẫn đính hôn hay dây chuyền, còn kim cương Lonsdaleite hiếm hơn, vốn chỉ xuất hiện trong các khu vực thiên thạch va chạm với Trái Đất.

Ảnh: CNN

Các nhà nghiên cứu hy vọng phát hiện này sẽ giúp họ phát triển các loại kim cương siêu cứng để sử dụng trong các ngành công nghiệp.

Nhà vật lý Bradby nhấn mạnh: "Mọi quá trình xảy ra ở nhiệt độ phòng đều dễ thực hiện hơn và rẻ hơn so với các quá trình phải xử lý ở nhiệt độ lên đến hàng trăm hay hàng ngàn độ. Tuy nhiên, tôi không nghĩ sau cùng sẽ có những viên kim cương rẻ trên nhẫn cưới mà kim cương Lonsdaleite do chúng tôi tạo ra có thể trở thành người bạn tốt nhất cho người thợ mỏ, giúp họ không phải thay thế mũi khoan thường xuyên với chi phí đắt đỏ nữa".

“Lonsdaleite có tiềm năng cắt xuyên qua những vật liệu siêu rắn” - nhà nghiên cứu Bradby nói thêm.

Lonsdaleite được đặt theo tên của nhà tinh thể học nổi tiếng người Ireland Dame Kathleen Lonsdale, người phụ nữ đầu tiên được bầu làm thành viên của Hiệp hội Hoàng gia Anh.

Bà Lonsdale nổi tiếng với công trình chứng minh vòng benzene phẳng bằng cách sử dụng phương pháp nhiễu xạ tia X vào năm 1929. Kim cương Lonsdaleite được gọi là kim cương lục giác nhằm phản ánh cấu trúc tinh thể của nó và trong tự nhiên, nó được hình thành khi các thiên thể chứa graphite lao xuống Trái Đất.

Nhiệt độ cực cao và áp suất tạo ra từ vụ va chạm khiến graphite biến thành kim cương nhưng vẫn giữ lại cấu trúc mạng tinh thể lục giác của graphite. Kim cương Lonsdaleite thực ra đã được tổng hợp trong phòng thí nghiệm từ năm 1966 bằng phương pháp nén và đưa graphite lên nhiệt độ cao ở áp suất tĩnh hoặc bằng các vụ nổ. Nó cũng được sản xuát bằng phương pháp lắng đọng hơi hóa học nhưng đây là lần đầu tiên nó được tạo ra ở nhiệt độ phòng.

Với kết quả trên, đội ngũ mong muốn có thể sản xuất hàng loạt kim cương bằng phương pháp mới, bên cạnh đó cung cấp một cách thức chế tạo kim cương Lonsdaleite - thứ vật chất cứng cáp hơn kim cương tới 58%.