Quy trình biến đổi cấu trúc than chì thành cấu trúc giống kim cương

Như đã biết, kim cương được tạo thành từ những khoáng vật carbon dưới nhiệt độ và áp suất rất cao trong tự nhiên.

Thế nhưng mới đây một nhóm các nhà nghiên cứu tại đại học Stanford đã tình cờ phát hiện ra một phương pháp để biến graphite (than chì - loại carbon được sử dụng làm ruột bút chì) thành một cấu trúc giống kim cương chỉ đơn giản với việc đặt hydro lên một chất nền platinum (bạch kim) mà không cần đến áp lực bên ngoài.

Phát hiện này có thể mở ra khả năng sản xuất kim cương dễ hơn và linh hoạt hơn để sử dụng cho các công cụ cắt tỉa và các thiết bị công nghiệp.

Độ cứng cực cao, độ bền cơ học và khả năng dẫn nhiệt tốt của kim cương mang lại một loạt các ứng dụng khoa học và công nghiệp. Kim cương tổng hợp thường được tạo ra bằng cách nén than chì dưới áp suất trên 150.000 atm. Áp lực lớn đặt lên các phiến graphene trong than chì đủ để tái định hình cấu trúc nguyên tử thành một dạng ổn định hơn như kim cương.

Tuy nhiên, phương pháp mới do đại học Stanford phát hiện có thể khiến việc sản xuất kim cương trở nên đơn giản và linh hoạt hơn. Trong khi đang tìm cách sử dụng graphene trong các bóng bán dẫn, nhóm dẫn đầu bởi nhà nghiên cứu Sarp Kaya đã đặt một vài lớp graphene lên một chất nền platinum và sau đó cho lớp graphene trên cùng tiếp xúc với hydro. Thay vì tạo ra một vật liệu thay thế hiệu năng cao cho silicon theo mục tiêu ban đầu, quy trình này đã khởi động một chuỗi phản ứng làm thay đổi cấu trúc của tất cả các phiến graphene thành một cấu trúc cứng hơn giống như kim cương.

Sau khi quan sát rõ hơn, các nhà nghiên cứu đã nhận ra rằng hydro đã tạo ra các liên kết hóa học giữa lớp graphene bên dưới và chất nền platinum. Tính chất của platinum làm cho các liên kết giữa chất nền và graphene ổn định hơn.

Bằng việc khai thác phương pháp này, nhóm nghiên cứu đã có thể nắm bắt và kiểm soát sự chuyển đổi giữa nhiều dạng thù hình carbon, tinh chỉnh từ dạng này thành khác nhờ vận dụng các yếu tố như số lượng lớp graphene và vật liệu dùng làm chất nền.

Hiện tại, nhóm nghiên cứu đang tìm kiếm những ứng dụng tiềm năng cho loại graphene được xử lý hydro nói trên và xác định những vật liệu khác có thể dùng làm chất nền thay thế platinum để tạo ra cấu trúc như kim cương.