Vật liệu có thể soán ngôi kim cương về độ cứng
Các nhà khoa học tạo ra vật liệu mới gần như không thể phá vỡ và có thể cạnh tranh danh hiệu hợp chất cứng nhất hành tinh với kim cương.
Kim cương vẫn đang là vật liệu cứng nhất thế giới được biết đến. Nó có vị trí hàng đầu trong các công cụ cho những tác vụ khắc nghiệt nhất, từ lưỡi cưa cho đến bộ phận của tàu vũ trụ.
Kể từ cuối những năm 1980, các nhà khoa học đã tìm cách thay thế giải pháp khai thác kim cương, vốn là các mỏ hình thành sâu bên trong Trái đất, thường gắn với những hành vi bóc lột lao động và tổn hại môi trường, bằng vật liệu có tên carbon nitride.
Carbon nitride, hình thành từ carbon và nitơ, về mặt lý thuyết có thể sánh ngang với độ cứng của kim cương. Song một giải pháp quy mô công nghiệp là điều không khả thi trong thời gian dài.
Một nhóm nhà khoa học quốc tế đứng đầu là các nhà nghiên cứu ở Trung tâm khoa học điều kiện cực hạn tại Đại học Edinburgh tạo ra đột phá mới khi tổng hợp tiền chất carbon và nitrogen nhằm tạo ra carbon nitride, hợp chất cứng hơn cubic boron nitride, hiện nay là vật liệu cứng thứ hai trên thế giới chỉ sau kim cương. Họ công bố kết quả nghiên cứu trên tạp chí Advanced Materials, New Atlas hôm 14/12 đưa tin. Theo nhà nghiên cứu Dominique Laniel ở Đại học Edinburgh, loại vật liệu này cung cấp động lực mạnh mẽ để lấp đầy khoảng cách giữa tổng hợp vật liệu áp suất cao và ứng dụng công nghiệp.
Kim cương là vật liệu cứng nhất thế giới hiện nay. (Ảnh: PA).
Dù giới khoa học nhận thấy tiềm năng của carbon nitride từ thập niên 1980, bao gồm khả năng chịu nhiệt cao, việc tạo ra chúng là một câu chuyện khác. Trên thực tế, tính đến nay chưa có nghiên cứu đáng tin cậy nào về tổng hợp carbon nitride được công bố.
Nhóm nghiên cứu bao gồm nhiều chuyên gia vật liệu từ Đại học Bayreuth, Đức, và Đại học Linköping, Thụy Điển, đạt được thành tựu khi để các dạng khác nhau của tiền chất carbon nitrogen chịu áp suất 70 - 135 gigapascal (gấp khoảng một triệu lần áp suất khí quyển), đồng thời nung nóng chúng tới hơn 1.500 độ C. Sau đó, họ kiểm tra sắp xếp nguyên tử thông qua chùm tia X ở Cơ sở nghiên cứu Synchrotron châu Âu tại Pháp, Deutsches Elektronen - Synchrotron tại Đức và Advanced Photon Source tại Mỹ.
Kết quả phân tích hé lộ ba hợp chất carbon nitride tổng hợp có cấu trúc cần thiết đối với vật liệu siêu cứng. Các nhà nghiên cứu rất bất ngờ khi phát hiện bộ ba hợp chất vẫn giữ được đặc tính siêu cứng khi nguội dần và trở lại áp suất xung quanh. Nhóm nghiên cứu cho rằng đột phá này sẽ mở đường cho nhiều ứng dụng, bao gồm lớp phủ bảo vệ phương tiện và tàu vũ trụ, công cụ cắt hiệu quả và cảm biến quang.
Ngoài độ cứng, những hợp chất carbon nitride gần như không thể phá hủy này cũng có khả năng phát quang, áp điện và mật độ năng lượng cao, có thể lưu trữ lượng lớn năng lượng trong khối lượng nhỏ.
Vật liệu mới từ carbon nitride có độ cứng gần bằng kim cương, có tiềm năng ứng dụng cho nhiều lĩnh vực khác nhau.
Carbon nitride không hoàn toàn thay thế được kim cương tự nhiên. Độ cứng của một viên kim cương vào khoảng 90 gigapascal (GPa), trong khi một khối boron nitride chỉ đạt khoảng 50 đến 55 GPa. Hợp chất carbon nitride mới, đạt khoảng 78 và 86 Gpa, tùy thuộc vào cấu trúc tinh thể. Chênh lệch về con số không nhiều, nhưng thế là chưa đủ để giành ngôi vị số một của kim cương.
Mẫu vật liệu mới mà các nhà khoa học tạo ra chỉ có kích thước 5x3 micromet. Và để tạo ra những mẫu lớn hơn, sẽ cần những viên kim cương lớn hơn cùng áp suất lớn hơn nữa, khiến carbon nitride siêu cứng mới trở nên cực kỳ đắt đỏ.
Song, việc cắt giảm chi phí sẽ là mục tiêu hướng đến khi vật liệu này có lợi thế so với kim cương thông thường, nó có thể tạo ra tín hiệu điện - một đặc điểm tiện dụng khi sử dụng trong cảm biến.
Ứng dụng miễn phí
Linkitty Nối hình Onet cổ điển
Nối hai hình giống nhau với tối đa hai lần rẽ, đua với đồng hồ. Màn chơi vô tận, thử thách mỗi ngày và gần 100 món đồ cho mèo con, thỏ con.
Ứng dụng miễn phí
Trikitty Ghép 3 hình dễ thương
Chạm ô trên bàn xếp nhiều lớp, đưa xuống khay 7 ô và xếp 3 hình giống nhau liền nhau để ăn. Màn nào cũng có lời giải.
Ứng dụng miễn phí
Lịch Vạn Niên Lịch âm dương Việt Nam
Xem ngày Dương lịch và Âm lịch cùng lúc, kèm can chi của năm, tháng, ngày. Đổi ngày Âm – Dương trong vài giây.
Những điều cần biết về nguyên lý cốc đổi màu
Cốc đổi màu là một trong những sản phẩm được nhiều người sử dụng ngày nay, đặc biệt là giới trẻ bởi những điểm độc đáo mà sản phẩm này mang lại.
Cận cảnh "siêu quái vật" đào đất lớn nhất thế giới, có khối lượng lên tới 13.500 tấn
Bagger 288 là đơn đặt hàng của công ty khai mỏ Rheinbraun. Các kỹ sư phải mất 5 năm để lên kế hoạch thiết kế và sản xuất, thời gian lắp ráp cỗ máy khổng lồ này cũng mất thêm 5 năm nữa.
Cầu tre dài hơn một kilomet có thể chịu tải 4 tấn
Cây cầu tre ọp ẹp dài hơn một kilomet chạy qua vùng nước đục của sông Mekong, nối hòn đảo nổi Koh Pen nằm giữa mặt sông với Kampong Cham.
“25 tỉ quả bom nguyên tử” bị khóa kín ở nơi không ngờ trên Trái đất
Nghiên cứu công bố trên Earth Systerm Science Data khẳng định nguồn gốc của "25 tỉ quả bom nguyên tử" - tức nguồn năng lượng mạnh 380 zettajoules - chính là sự nóng lên toàn cầu.
Vạn Lý Trường Thành hay kim tự tháp Ai Cập liệu có thể nhìn thấy bằng mắt thường từ không gian?
Hẳn bạn đã từng được nghe nói rằng Vạn Lý Trường Thành của Trung Quốc hay kim tự tháp Ai Cập là những công trình có thể được nhìn thấy bằng mắt thường từ không gian. Vậy liệu điều này có đúng và công trình nào do con người xây dựng có thể nhìn thấy từ phía trên khí quyển Trái Đất?
Bằng cách nào rừng cổ đại hóa thành than, cấp nhiên liệu cho xã hội hiện đại?
Quá trình hình thành than yêu cầu hội tụ đủ và đúng thứ tự một loạt các điều kiện. Tại sao lại có chuyện trùng hợp như vậy?
