Phương pháp mới giúp các nhà khoa học tạo ra kim cương chỉ trong vòng 15 phút dưới áp suất thường.

Buzz

Nội dung bài viết

Nghiên cứu mới có tiềm năng tăng tốc quá trình sản xuất kim cương nhân tạo.

Xem thêm

Đọc tóm tắt

- Nghiên cứu mới do nhà hóa học Rodney Ruoff dẫn đầu đã phát triển phương pháp sản xuất kim cương nhanh chóng mà không cần phôi hoặc điều kiện áp suất cao.
- Nhóm nghiên cứu sử dụng điện để nung hỗn hợp gallium và bạc, tạo ra kim cương chỉ trong 15 phút và hoàn thiện trong 2 tiếng rưỡi.
- Mặc dù viên kim cương vẫn còn nhỏ, nhưng phương pháp này tiềm năng sẽ cải thiện quy mô sản xuất và khả năng thương mại trong tương lai gần.

Nghiên cứu mới có tiềm năng tăng tốc quá trình sản xuất kim cương nhân tạo.

Một nhóm các nhà khoa học đã thành công trong việc tổng hợp kim cương từ điều kiện áp suất thường và không cần sử dụng phôi. Điều này giúp quá trình sản xuất kim cương trong phòng thí nghiệm trở nên dễ dàng hơn nhiều.

Kim cương tự nhiên hình thành dưới lòng đất, thường bị chôn vùi dưới vật chất đá. Quá trình này đòi hỏi áp suất lớn - gấp khoảng 50.000 lần áp suất bề mặt Trái Đất - và nhiệt độ cao - khoảng 1.600 độ C.

Các điều kiện tương tự được sử dụng trong hầu hết quy trình làm kim cương nhân tạo, được gọi là 'nuôi cấy trong điều kiện áp suất cao và nhiệt độ lớn' (HPHT). Quá trình này mô phỏng các điều kiện cực kỳ trong lòng Trái Đất, biến đổi carbon lỏng quanh một phôi kim cương thành kim cương.

Tuy nhiên, việc tạo ra và duy trì các điều kiện cực kỳ này khá khó khăn và tốn kém. Các thành phần hóa học cũng ảnh hưởng đến kích thước của viên kim cương. Quá trình HPHT cần từ 1-2 tuần để tạo ra một viên kim cương nhỏ. Một số quy trình khác không đòi hỏi điều kiện này, nhưng vẫn cần phôi kim cương.

Phương pháp chế tạo kim cương mới loại bỏ cả hai yếu tố này cùng phôi kim cương. Nghiên cứu này do nhà hóa học Rodney Ruoff chủ biên, đã được công bố trên tạp chí Nature.

“Suốt hơn một thập kỷ, tôi đã cố gắng nuôi cấy kim cương, vì tôi tin rằng có thể đạt được mục tiêu theo những cách không ngờ”, nhà nghiên cứu Ruoff chia sẻ với trang Live Science.

Để khởi đầu quá trình này, các nhà nghiên cứu sử dụng điện để nung hỗn hợp gallium và bạc trong một nồi nấu kim loại. Gallium được chọn vì khả năng hỗ trợ quá trình hình thành graphene từ methane; cũng giống như kim cương, graphene cũng được tạo thành từ carbon nhưng có cấu trúc khác biệt.

Mô hình mô phỏng cấu trúc tinh thể của kim cương - Ảnh: Chris Ratcliffe/Bloomberg.ImageForArticle_21098_1640350790.jpg

Nhóm nghiên cứu đặt nồi nấu kim loại vào một khoang áp suất tương đương với áp suất bề mặt biển, để xả methane nóng và giàu carbon ra khỏi hỗn hợp chất. Khoang đặc biệt do đồng tác giả nghiên cứu, chuyên gia Won Kyung Seong thiết kế, có thể chuẩn bị cho quá trình chế tạo kim cương chỉ trong 15 phút. Việc rút ngắn thời gian sẽ giúp nhóm nghiên cứu kiểm tra nhanh chóng chế tạo kim cương với các hỗn hợp chất khác nhau.

Sau nhiều lần thử và lỗi, nhóm phát hiện rằng hỗn hợp gallium-iron nhẹ silicon có thể tạo kim cương nhanh nhất. Họ đã có thể tạo ra kim cương chỉ trong 15 phút và có được một viên kim cương hoàn chỉnh chỉ trong 2 tiếng rưỡi.

Dưới kính hiển vi, viên kim cương khá tinh khiết, chỉ có một chút phân tử silicon còn lại. Trong tương lai gần, nhóm sẽ điều chỉnh tỷ lệ chất và nhiệt độ để sản xuất sản phẩm hoàn hảo một cách nhanh chóng.

Sản phẩm dưới kính hiển vi - Ảnh: Institute for Basic Science

Tuy nhiên, phương pháp này vẫn đối mặt với nhiều thách thức. Kim cương sản phẩm vẫn quá nhỏ: viên lớn nhất chỉ bé bằng một phần trăm so với kim cương tạo ra bằng phương pháp HPHT, là quá nhỏ để sử dụng trong các ứng dụng thực tế.

Tuy vậy, nhà nghiên cứu Ruoff vẫn lạc quan. Ông tin rằng quá trình sản xuất kim cương mới có thể thực hiện dễ dàng ở nhiệt độ phòng, vì vậy quy mô sản xuất có thể tăng trong tương lai.

“Trong vòng một đến hai năm tới, thế giới sẽ hiểu rõ hơn về khả năng thương mại của phương pháp này”, ông nói.

Nội dung được phát triển bởi đội ngũ Mytour với mục đích chăm sóc khách hàng và chỉ dành cho khích lệ tinh thần trải nghiệm du lịch, chúng tôi không chịu trách nhiệm và không đưa ra lời khuyên cho mục đích khác.

Nếu bạn thấy bài viết này không phù hợp hoặc sai sót xin vui lòng liên hệ với chúng tôi qua email [email protected]

Các câu hỏi thường gặp

Quá trình sản xuất kim cương nhân tạo mới có gì khác biệt so với phương pháp truyền thống?

Phương pháp mới sản xuất kim cương không cần phôi và có thể thực hiện ở điều kiện áp suất thường, rút ngắn thời gian chế tạo từ vài tuần xuống chỉ còn 2 tiếng rưỡi.

Tại sao phương pháp sản xuất kim cương mới có tiềm năng cải tiến công nghệ hiện tại?

Phương pháp mới giúp loại bỏ yêu cầu về phôi và điều kiện áp suất cực cao, giúp giảm chi phí và thời gian sản xuất, đồng thời mở ra khả năng sản xuất quy mô lớn hơn.

Những thách thức chính trong việc sản xuất kim cương bằng phương pháp mới là gì?

Một thách thức lớn là kích thước kim cương vẫn còn quá nhỏ so với phương pháp HPHT truyền thống, làm hạn chế ứng dụng thực tế. Tuy nhiên, nghiên cứu đang tiếp tục cải tiến.

Kim cương nhân tạo từ phương pháp mới có chất lượng như thế nào?

Kim cương được tạo ra từ phương pháp mới rất tinh khiết, chỉ còn một lượng nhỏ phân tử silicon, tuy nhiên vẫn có kích thước rất nhỏ so với kim cương truyền thống.

Nhóm nghiên cứu kỳ vọng gì về tương lai của công nghệ sản xuất kim cương mới?

Nhóm nghiên cứu kỳ vọng sẽ cải thiện quy trình sản xuất để tạo ra kim cương có kích thước lớn hơn và khả năng thương mại hóa sẽ trở nên khả thi trong vòng 1-2 năm tới.