Buzz
(VTC News) - Sau 34 năm, các nhà khoa học đã thành công trong việc tạo ra vật liệu cứng tương tự kim cương từ hợp chất carbon nitride mới.
Kim cương vẫn là vật liệu cứng nhất được biết đến trên thế giới, dùng cho các công cụ trong những tác vụ khắc nghiệt nhất, từ lưỡi cưa đến bộ phận của tàu vũ trụ.
Kể từ cuối những năm 1980, các nhà khoa học đã nỗ lực tìm giải pháp thay thế cho việc khai thác kim cương, những mỏ sâu bên trong Trái Đất, gắn liền với sự bóc lột lao động và tác động môi trường, bằng vật liệu carbon nitride.
Carbon nitride, hình thành từ carbon và nitơ, lý thuyết có thể sánh ngang với độ cứng của kim cương, nhưng việc ứng dụng công nghiệp đã gặp nhiều thách thức.
Ba thập kỷ sau, một nhóm các nhà khoa học quốc tế từ Đại học Edinburgh, Đại học Bayreuth và Đại học Linköping cuối cùng đã đạt được bước đột phá quan trọng trong sản xuất vật liệu siêu cứng này. Các nhà khoa học phải tái tạo điều kiện tự nhiên của các thành tố tồn tại ở trung tâm Trái Đất.
Để làm điều này, các nhà khoa học đã nén carbon và nitơ ở áp suất gấp 700.000 lần áp suất khí quyển. Họ cũng sử dụng tia laser để nung vật liệu lên đến 2732 độ F (1500 độ C) và sau đó kiểm tra bằng chùm tia X cường độ cao tại ba máy gia tốc hạt.
Công trình nghiên cứu được công bố vào tháng 10/2023 trên tạp chí Advanced Materials. Các nhà khoa học phát hiện ra ba hợp chất carbon nitride có độ cứng siêu cao và giữ nguyên tính chất giống kim cương dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường.
“Khám phá vật liệu carbon nitride mới đã mở ra cánh cửa cho việc tạo ra vật liệu mà cộng đồng nghiên cứu đã mơ ước trong ba thập kỷ qua”, Dominique Laniel, đồng tác giả nghiên cứu tại Đại học Edinburgh, nhấn mạnh. “Những vật liệu này giúp rút ngắn khoảng cách giữa việc tổng hợp vật liệu áp suất cao và ứng dụng trong công nghiệp.”
Nghiên cứu cũng cho thấy vật liệu mới có các đặc tính bổ sung như khả năng phát quang và lưu trữ mật độ năng lượng cao trong một khối lượng nhỏ.
Carbon nitride không thể thay thế hoàn toàn kim cương tự nhiên. Độ cứng của một viên kim cương khoảng 90 gigapascal (GPa), trong khi một khối boron nitride chỉ đạt khoảng 50 đến 55 GPa. Các hợp chất carbon nitride mới có độ cứng từ 78 đến 86 GPa, tùy thuộc vào cấu trúc tinh thể. Mặc dù chênh lệch không lớn, nhưng chưa đủ để vượt qua kim cương.
Mẫu vật liệu mới chỉ có kích thước 5x3 micromet. Để tạo ra mẫu lớn hơn, cần sử dụng kim cương lớn hơn cùng áp suất lớn hơn, khiến carbon nitride siêu cứng trở nên đắt đỏ.
Tuy nhiên, việc giảm chi phí sẽ là mục tiêu chính khi vật liệu này trở nên ưu việt so với kim cương thông thường, đặc biệt là khi có thể tạo ra tín hiệu điện - một tính năng tiện lợi trong cảm biến.
