Tiến Bộ Đột Phá Trong Ngành Công Nghiệp Kim Cương Tại Trung Quốc

Nguồn tin từ tạp chí khoa học nổi tiếng Nature Synthesis cho biết, một nhóm nghiên cứu tại Trung Quốc đã đạt được một thành tựu quan trọng, mở ra cơ hội ứng dụng lớn trong nhiều lĩnh vực bao gồm sản xuất công nghiệp, khai thác địa chất, và hàng không vũ trụ.

Kim cương đã từ lâu được công nhận là loại vật liệu cứng nhất trên hành tinh, nhưng nó cũng có điểm yếu, đó là độ giòn. Chỉ một lực tác động mạnh cũng có thể làm cho kim cương bị nứt hoặc vỡ.

Khi nghiên cứu nâng cao độ bền của kim cương mà không làm giảm đi độ cứng, các nhà khoa học đã gặp phải thách thức lớn bởi việc cải thiện một đặc tính thường dẫn đến ảnh hưởng đến đặc tính khác.

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 tìm ra một phương pháp mới, giúp tăng cường độ bền va chạm của kim cương gấp 5-6 lần mà vẫn giữ được độ cứng nguyên thủy.

Các nghiên cứu đã nhận được sự hỗ trợ từ Cơ sở nghiên cứu điều kiện cực hạn Huairou ở Bắc Kinh, nơi tạo điều kiện cho các nhà khoa học thử nghiệm hiệu suất của vật liệu dưới các điều kiện khắc nghiệt về nhiệt độ và áp suất.

Vật liệu mới này được chứng minh có khả năng chống nứt tốt hơn nhiều so với một số hợp kim vonfram hiện đang được sử dụng trong các ứng dụng chịu tải cao.

Điểm khác biệt lớn nằm ở việc kết hợp các ống nano carbon đa thành (Multi-Walled Carbon Nanotubes – MWCNT) vào cấu trúc kim cương.

Những ống nano này có kích thước siêu nhỏ, chỉ bằng 1/10.000 kích thước sợi tóc, nhưng lại mạnh mẽ hơn rất nhiều so với thép.

Các nhóm nghiên cứu trước đây đã thất bại trong việc kết hợp ống nano carbon với các vật liệu khác do các liên kết giữa chúng không đủ vững chắc.

Lần này, các nhà khoa học Trung Quốc đã áp dụng phương pháp khác: họ trộn đều bột kim cương siêu mịn với ống nano carbon và cho hỗn hợp này vào môi trường biến đổi áp suất và nhiệt độ cực cao, đạt đến khoảng 2.000 độ C và áp suất 15 gigapascal.

Một áp suất chính xác được điều chỉnh cho phép duy trì cấu trúc ống nano carbon mà không làm thay đổi tính chất của các vật liệu khác.

Kết quả là các ống nano carbon giữ vững cấu trúc và tạo ra các liên kết hóa học chắc chắn với kim cương ở cấp độ nguyên tử.

Mạng lưới này hoạt động giống như cốt thép trong bê tông, giúp gia cố cấu trúc và phân tán căng thẳng khi vật liệu chịu tác động.

Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy độ cứng của vật liệu mới đạt khoảng 91,6 gigapascal, tương tự như kim cương đơn tinh thể, trong khi độ dai phá hủy đạt 36,4 MPa√m, vượt trội hơn kim cương truyền thống từ 5-6 lần.

Để hiểu rõ hơn về cơ chế này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng kính hiển vi điện tử để quan sát sự hình thành và lan truyền vết nứt.

Trái ngược với kim cương thông thường, nơi các vết nứt phát triển theo đường thẳng làm phá hủy vật liệu, trong vật liệu mới, các ống nano carbon hoạt động như những dây neo, giúp phân tán và hấp thụ năng lượng va chạm.

Nhờ vào cơ chế này, vật liệu mới không chỉ chống nứt mà còn duy trì những đặc tính độc đáo của kim cương.

Các nhà khoa học dự đoán rằng vật liệu này sẽ có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như chế tạo dao cắt siêu cứng cho gia công kim loại, đầu khoan địa chất cho môi trường khắc nghiệt, và linh kiện chịu mài mòn trong không gian hàng không.

Theo thông tin từ SCMP.