Chế tạo thành công thủy tinh kim cương siêu cứng bằng cách nén một "quả bóng đá carbon"

Các nhà nghiên cứu công tác tại Viện khoa học Carnegie vừa phát triển thành công thủy tinh kim cương siêu cứng, chế tạo từ một cấu trúc nguyên tử carbon mang hình “quả bóng đá”. Vật liệu mới có khả năng dẫn nhiệt tốt, và có thể ứng dụng được trong sản xuất đồ điện tử.

Carbon là vật chất linh hoạt, có thể tạo thành nhiều cấu trúc thông qua các sắp xếp nguyên tử khác nhau; carbon vừa có thể tạo nên than chì (graphite), vừa là thành phần của kim cương hay thậm chí, làm nên cả siêu vật chất graphene. Mẫu hình lặp lại của kim cương có thể tạo nên kiến trúc nhiều chiều, mang lại khả năng cứng cáp của vật chất.

Tuy vậy, có một số cấu trúc carbon khó chế tạo hơn những dạng khác, đơn cử như thủy tinh kim cương.

Chế tạo thành công thủy tinh kim cương siêu cứng bằng cách nén một quả bóng đá carbon
Quá trình chế tạo tinh thể kim cương: ép than chì (graphite). Quá trình chế tạo thủy tinh kim cương: ép fullerene.

Loading...

Việc tổng hợp vật liệu carbon vô định hình với các liên kết ba chiều là mục tiêu được giới khoa học đặt ra từ lâu”, tác giả nghiên cứu mới, ông Yingwei Fei nhận định. “Chủ yếu là phải tìm được vật liệu ban đầu hợp lý, để nó có thể biến hình đúng yêu cầu khi xuất hiện áp lực”.

Khi tăng áp lực lên graphite, chúng ta sẽ khiến nó cứng lại thành tinh thể, từ đó ta có kim cương. Ta đã từng nghĩ tới việc sử dụng kim cương làm thủy tinh kim cương, nhưng sự thật không đơn giản vậy. Nhiệt độ nóng chảy của kim cương là 4.227 độ C, quá cao để ứng dụng vật liệu một cách linh hoạt. Nhóm nghiên cứu cần một cấu trúc carbon hỗn loạn hơn để dễ bề điều chỉnh.

Nhóm xác định sẽ sử dụng cấu trúc gồm 60 phân tử carbon xếp thành dạng một quả bóng đá rỗng, được đặt tên “fullerene” để thực hiện thí nghiệm. Nhóm làm nóng “quả bóng” để hình dáng của nó trở nên mất trật tự, rồi sử dụng máy ép đưa áp lực lớn vào cấu trúc. Kết quả: họ tạo ra một loại thủy tinh cứng như kim cương, với quá trình sản xuất sẽ cho ra hàng loạt những tinh thể kim cương có kích cỡ vài milimet.

Chế tạo thành công thủy tinh kim cương siêu cứng bằng cách nén một quả bóng đá carbon
Cấu trúc fullerene.

Quan sát kỹ cấu trúc, nhóm nghiên cứu thấy loại thủy tinh mới có độ cứng khoảng 102 GigaPascal (GPa), cao hơn kim cương tự nhiên nhưng vẫn chưa bằng AM-III, một loại thủy tinh nhân tạo gốc Hoa với độ cứng chạm ngưỡng 113 GPa.

Nhóm nghiên cứu đồng thời khẳng định thủy tinh siêu cứng có khả năng dẫn nhiệt tốt hơn bất cứ vật liệu vô định hình nào. Quan trọng hơn, các nhà khoa học có thể tổng hợp chúng trong môi trường nhiệt độ từ 900-1.000 độ C, mức nhiệt mà các dây chuyền công nghiệp có thể đạt được.

Việc tạo thành thủy tinh với các đặc tính siêu việt sẽ mở ra cánh cửa mới cho các ứng dụng tương lai”, ông Fei nhận định. Nhà nghiên cứu cho rằng các dây chuyền sản xuất thủy tinh kim cương siêu cứng sẽ sớm đạt quy mô lớn.

Nghiên cứu đã được đăng tải trên tạp chí Nature.

Từ khóa liên quan:
Loading...
TIN CŨ HƠN
Robot đã có đôi chân kỳ diệu của loài chim, có thể đậu trên cành cây, quắp đồ như

Robot đã có đôi chân kỳ diệu của loài chim, có thể đậu trên cành cây, quắp đồ như "hàng thật"

Các kỹ sư tạo ra một robot lấy cảm hứng từ chim cắt, có thể cất cánh, đậu và bám vào cành cây, thậm chí bắt đồ vật trong không trung.

Đăng ngày: 06/12/2021
Các kỹ sư thiết kế loạt robot đậu trên cây giống chim

Các kỹ sư thiết kế loạt robot đậu trên cây giống chim

Các kỹ sư tạo ra một robot lấy cảm hứng từ chim cắt, có thể cất cánh, đậu và bám vào cành cây, thậm chí bắt đồ vật trong không trung.

Đăng ngày: 06/12/2021
Ngôi nhà in 3D đầu tiên trên thế giới từ đất thô

Ngôi nhà in 3D đầu tiên trên thế giới từ đất thô

Những ngôi nhà bền vững đầu tiên trên thế giới được in 3D bằng loại đất có sẵn ở địa phương, giúp cung cấp nơi ở cho người dân bị mất nhà cửa trong thiên tại.

Đăng ngày: 06/12/2021
Mẫu

Mẫu "ôtô bay" mới ấy cảm hứng từ mẫu xe cổ

Ôtô bay trình diễn AIR4 thiết kế dựa trên mẫu xe Renault 4L sản xuất năm 1961 nhưng thay bánh xe bằng 4 cánh quạt với sức nâng 380 kg.

Đăng ngày: 04/12/2021
Không quân Mỹ thử nghiệm giải pháp công nghệ mới giúp

Không quân Mỹ thử nghiệm giải pháp công nghệ mới giúp "làm dịu bàng quang" cho phi công trong khi bay

Năm 1992, một phi công F-16 kỳ cựu đã đâm máy bay chiến đấu xuống một sườn đồi ở Thổ Nhĩ Kỳ trong khi cố gắng " giải tỏa áp lực".

Đăng ngày: 03/12/2021
Pin 200 MWh tích trữ điện mặt trời bằng CO2

Pin 200 MWh tích trữ điện mặt trời bằng CO2

Hệ thống pin CO2 mới có thể hoạt động suốt 25 năm mà không giảm hiệu suất, giúp tiết kiệm chi phí dùng cho việc tích trữ năng lượng.

Đăng ngày: 03/12/2021
Thiết kế turbine giống máy bay sản xuất điện từ dòng hải lưu

Thiết kế turbine giống máy bay sản xuất điện từ dòng hải lưu

Thiết kế turbine có cánh mới sẽ giúp quần đảo Faroe sản xuất tất cả điện từ nguồn tái tạo vào năm 2030.

Đăng ngày: 02/12/2021
Tiêu điểm
Khoa Học News