Gửi bình luận
Các nhà khoa học Trung Quốc vừa tạo ra một loại vật liệu kim cương có thể dẫn điện mà vẫn duy trì được độ cứng siêu cao.
Nhóm nghiên cứu cho biết vật liệu mới này có thể được áp dụng trong nhiều ứng dụng như máy bay và tàu vũ trụ, dưới những điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ cao và nồng độ axit mạnh, cũng như để xử lý nước thải.
Kim cương, vật liệu tự nhiên cứng nhất, là chất dẫn nhiệt tốt nhưng không dẫn điện. Được biết đến là vật liệu có độ dẫn nhiệt cao nhất trong tự nhiên, kim cương có hiệu suất truyền nhiệt cao hơn gấp 5 lần so với vật liệu cacbua silic thông thường. Kim cương cũng thể hiện sự ổn định vật lý và hóa học tuyệt vời, khiến nó phù hợp để sử dụng trong các loại vũ khí và thiết bị thường hoạt động trong môi trường khắc nghiệt.
Để tạo ra vật liệu mới, các nhà khoa học đã kết hợp kim cương với graphene. Dù cả hai đều là dạng carbon nhưng graphene có tính dẫn điện cao.
“Các hợp chất kim cương, gồm những hạt nano kim cương liên kết với nhau và đơn vị graphene ít lớp, thể hiện tính dẫn điện cao nhất từ trước đến nay và độ cứng hoặc độ bền tuyệt vời”, họ viết trong một bài báo đăng trên tạp chí bình duyệt Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.
Tạp chí bình duyệt là một loại tạp chí nghiên cứu khoa học, trong đó bài báo được chấp nhận xuất bản sau khi trải qua đánh giá và kiểm tra chất lượng bởi các chuyên gia đồng nghiệp. Đây là những chuyên gia có kiến thức và kinh nghiệm trong lĩnh vực tương ứng với nội dung bài báo.
Quá trình bình duyệt giúp đảm bảo rằng các nghiên cứu được công bố trong tạp chí đều trải qua quá trình kiểm tra chất lượng và tính khoa học cao. Bài báo sẽ được gửi đến một hoặc nhiều chuyên gia đồng nghiệp, những người sẽ xem xét kỹ lưỡng nội dung, phê duyệt hoặc từ chối dựa trên các tiêu chí như phương pháp nghiên cứu, dữ liệu, kết quả và đánh giá hợp lý.
Các tạp chí bình duyệt thường được xem là nguồn thông tin chính xác, đáng tin cậy trong cộng đồng nghiên cứu và giáo dục.
Các nhà khoa học từ Đại học Trịnh Châu, Viện Hàn lâm Khoa học Hà Nam, Đại học Ninh Ba và Đại học Cát Lâm cho biết: “Phát hiện của chúng tôi mở đường cho việc tạo ra các vật liệu kim cương cỡ lớn có tính dẫn điện và siêu cứng trong điều kiện tổng hợp nhẹ, tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng chúng trên thực tế trong các ứng dụng công nghiệp liên quan”.
Trong nghiên cứu, nhóm khoa học đã phát triển một phương pháp tạo thành vật liệu tổng hợp kim cương và graphene có kích thước cỡ centimet.
Bằng cách sử dụng kim cương nano, họ đã tổng hợp các hạt kim cương siêu mịn liên kết với những lớp graphene ở điều kiện nhiệt độ và áp suất vừa phải 12 gigapascal trong khoảng từ 1.300 đến 1.500 độ C.
Theo tác giả nghiên cứu Yang Xigui, giáo sư tại Đại học Trịnh Châu chuyên về vật liệu kim cương và nghiên cứu vật lý áp suất cao, việc sản xuất vật liệu mới tương thích với các quy trình hiện có để sản xuất kim cương nhân tạo.
Yang Xigui cho biết hợp chất này có độ bền tuyệt vời, nghĩa là không dễ bị vỡ. Điều này sẽ làm cho nó phù hợp để sử dụng trong các động cơ tàu vũ trụ và máy bay, vốn thường phải chịu áp suất và nhiệt độ cao khi vận hành.
Ông nói vật liệu dẫn điện và siêu bền này cũng có thể hỗ trợ quá trình điện phân trong xử lý nước thải. Ngoài ra, nó có thể được triển khai trong môi trường cực kỳ nóng, có tính axit hoặc kiềm cao khi vẫn duy trì hiệu suất ổn định thời gian dài.
“Sản phẩm minh họa của chúng tôi trông giống như một đồng xu có đường kính 13 mm và độ dày 1 - 2 mm. Graphene mang lại cho nó vẻ ngoài màu đen. Kích thước và hình dạng của nó có thể được điều chỉnh theo yêu cầu để phù hợp với ứng dụng”, Yang Xigui cho hay.
Cheng Shaobo, đồng thời là tác giả nghiên cứu và giáo sư tại Đại học Trịnh Châu, nói phát triển vật liệu kim cương là một ví dụ về sự tích hợp chặt chẽ giữa công nghiệp, học viện, nghiên cứu và ứng dụng.
Thành phố Trịnh Châu nằm ở tỉnh Hà Nam (miền trung Trung Quốc), nơi sản xuất kim cương nhân tạo trong phòng thí nghiệm lớn trên toàn cầu. Theo báo China Daily, tính đến tháng 7.2023, khoảng 95% kim cương tổng hợp trên thế giới được sản xuất tại Trung Quốc, với 80% trong số đó đến từ tỉnh Hà Nam. Chỉ riêng năm 2023, các nhà máy Trung Quốc đã sản xuất hơn 16 tỉ carat kim cương tổng hợp, một con số đáng kinh ngạc tương đương 8 lần tổng trữ lượng kim cương tự nhiên được biết đến trên Trái đất.
“Chúng tôi có sự hợp tác lâu dài với ngành và bổ sung cho nhau. Nhiều công nghệ đã được phát triển thông qua các cuộc thảo luận với ngành và một số công nghệ cuối cùng sẽ được áp dụng trong đó”, Cheng Shaobo tiết lộ.
Graphene là một dạng của carbon, được cấu tạo từ một lớp các nguyên tử carbon sắp xếp theo cấu trúc hình lưới hai chiều. Nó là một vật liệu mỏng nhất và có những tính chất đặc biệt đáng chú ý. Graphene có khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, cũng như độ cứng và độ bền cao.
Tính năng quan trọng nhất của graphene là khả năng dẫn điện xuất sắc, vượt trội so với nhiều vật liệu khác. Điều này là do cấu trúc nguyên tử đặc biệt của nó, trong đó mỗi nguyên tử carbon kết nối với ba nguyên tử carbon khác theo hình dạng một lưới hexagon.
Graphene đã thu hút sự chú ý lớn trong lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng do khả năng của nó trong nhiều lĩnh vực, gồm điện tử, vật liệu hiệu suất cao, y học và năng lượng. Sự kết hợp giữa graphene và các vật liệu khác, như kim cương trong trường hợp nghiên cứu đã nêu, mang lại những tính chất mới và ứng dụng tiềm năng đặc biệt.
