Buzz
TPO - Nhà khoa học đã áp dụng một kỹ thuật tiên tiến để tổng hợp kim cương dưới áp suất không khí thông thường. Điều này giúp việc sản xuất đá quý trở nên dễ dàng hơn trong phòng thí nghiệm.
Những viên kim cương được chế tạo bằng kỹ thuật mới đều nguyên chất nhưng chúng quá nhỏ để làm đồ trang sức. (Ảnh: Viện Khoa học Cơ bản Hàn Quốc) |
Kim cương có thể được tổng hợp dễ dàng hơn ở áp suất không khí thông thường mà không cần phải sử dụng đá quý ban đầu.
Kim cương tự nhiên hình thành ở lớp vỏ của Trái Đất, nơi các lớp nóng chảy được chôn lấp sâu hàng trăm mét dưới bề mặt của hành tinh. Quá trình này diễn ra dưới áp suất cực lớn, lên tới vài gigapascal, và nhiệt độ cao hơn 1.500 độ C.
Cùng với việc sử dụng phương pháp hiện đang được áp dụng để tổng hợp 99% kim cương nhân tạo. Ở áp suất cao và nhiệt độ cao (HPHT), phương pháp này sử dụng các điều kiện khắc nghiệt để hấp thụ carbon từ kim loại lỏng, như sắt, để chuyển nó thành kim cương xung quanh một hạt nhỏ hoặc viên kim cương ban đầu.
Tuy nhiên, việc duy trì áp suất và nhiệt độ cao là một thách thức lớn. Hơn nữa, các yếu tố liên quan cũng ảnh hưởng đến kích thước của viên kim cương, với viên lớn nhất có thể đạt khoảng 1 cm khối.
Ngoài ra, quá trình HPHT đòi hỏi mất một khoảng thời gian dài - từ một đến hai tuần - để tạo ra cả những viên kim cương nhỏ. Một phương pháp khác, được gọi là lắng đọng hơi hóa học, giảm bớt một số yêu cầu của HPHT, như áp suất cao.
Kỹ thuật mới này đã loại bỏ một số hạn chế của cả hai phương pháp tổng hợp. Một nhóm do Rodney Ruoff, một nhà hóa học vật lý tại Viện Khoa học Cơ bản ở Hàn Quốc, dẫn đầu, đã công bố phát hiện của họ trên tạp chí Nature trong tháng 4 vừa qua.
Nấu kim cương trong 15 phút?
Phương pháp mới đã được phát triển từ lâu. Ruoff nói: “Trong hơn một thập kỷ, tôi đã nghĩ về các phương pháp mới để sản xuất kim cương, vì tôi tin rằng có thể đạt được điều này bằng những cách không ngờ tới”.
Để bắt đầu, nhà nghiên cứu đã sử dụng gali đun nóng bằng điện với một ít silicon trong nồi nấu bằng than chì. Gallium được chọn vì một nghiên cứu trước đó chỉ ra rằng nó có thể kích thích quá trình hình thành graphene từ metan. Graphene, giống như kim cương, là carbon nguyên chất, nhưng nó tồn tại dưới dạng một lớp thay vì một viên đá quý.
Nhà nghiên cứu đặt nồi nấu kim loại trong một phòng tự chế được duy trì ở áp suất không khí tương đương với mực nước biển, nơi khí metan giàu carbon có thể được thả ra. Buồng 9 lít, được thiết kế bởi Won Kyung Seong, cũng thuộc Viện Khoa học Cơ bản, có thể sẵn sàng cho thử nghiệm trong 15 phút, giúp nhóm nghiên cứu thực hiện các thí nghiệm với nồng độ kim loại và khí khác nhau một cách nhanh chóng.
Qua việc điều chỉnh như vậy, nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng hỗn hợp gali-niken-sắt – kết hợp với một ít silicon – là lựa chọn tốt nhất để kích thích sự phát triển của kim cương. Với sự kết hợp này, nhóm nghiên cứu đã thu được kim cương từ đáy nồi nấu kim loại chỉ trong 15 phút.
Trong khoảng hai giờ rưỡi, một lớp kim cương hoàn chỉnh hơn đã được hình thành. Phân tích quang phổ cho thấy lớp màng này chủ yếu là tinh khiết nhưng có chứa một số nguyên tử silicon.
Tất nhiên, nếu thiếu silicon, kim cương sẽ không hình thành, vì vậy nhà nghiên cứu tin rằng nó có thể hoạt động như một hạt giống để carbon kết tinh xung quanh. Tuy nhiên, các viên kim cương tạo ra bằng phương pháp này quá nhỏ để sử dụng làm trang sức.
