Mỹ chế tạo được kim cương từ... dầu mỏ

Theo Science Advances, các nhà địa chất tại Đại học Stanford (Mỹ) đã tạo ra kim cương từ dầu. Nghe thì có vẻ như giả kim thuật, nhưng với sự cân bằng đúng về chất, áp suất và nhiệt độ, họ đã có thể có được kim cương nguyên chất mà không cần sử dụng bất kỳ chất xúc tác nào.

Kết quả một nghiên cứu mới của Đại học Stanford và Phòng thí nghiệm máy gia tốc quốc gia SLAC cho thấy bằng cách điều chỉnh cẩn thận các thông số vật lý, kim cương có thể được sản xuất từ ​​những phân tử hydro và carbon có trong dầu thô và khí tự nhiên.

Các nhà khoa học đã từng tổng hợp kim cương từ những vật liệu khác trong 60 năm, nhưng việc chuyển đổi thường đòi hỏi quá nhiều năng lượng, thời gian hoặc bổ sung chất xúc tác, thường là kim loại, có xu hướng làm giảm chất lượng của sản phẩm cuối cùng.

Tác giả chính của nghiên cứu, ông Sulglie Park, cho biết các nhà khoa học muốn tạo ra một hệ thống sạch chỉ có một chất được chuyển đổi thành kim cương nguyên chất mà không sử dụng bất kỳ chất xúc tác nào.

Một chuyển đổi như vậy có thể được áp dụng không chỉ cho sản xuất đồ trang sức. Các tính chất vật lý của kim cương - độ cứng cực cao, độ trong suốt quang học, độ ổn định hóa học và độ dẫn nhiệt cao - làm cho nó trở thành vật liệu quý giá cho y học, công nghiệp, công nghệ điện toán lượng tử và thăm dò sinh học.

Kim cương tự nhiên kết tinh từ carbon ở độ sâu hàng trăm cây số trong lòng đất, nơi nhiệt độ lên tới vài nghìn độ. Hầu hết các viên kim cương tự nhiên được phát hiện cho đến nay, đã được đẩy lên do các vụ phun trào núi lửa hàng triệu năm trước, mang theo những khoáng chất cổ xưa từ độ sâu của Trái đất.

Để tổng hợp kim cương, nhóm nghiên cứu đã bắt đầu với 3 loại bột được chiết xuất từ ​​bề mặt của tàu chở dầu. Một số lượng nhỏ bột là cần thiết cho thí nghiệm. Các nhà khoa học đã sử dụng một cây kim để nhặt một ít bột dưới kính hiển vi cho các thí nghiệm. Thoạt nhìn, các loại bột hơi dính, không mùi giống như đá muối. Nhưng dưới kính hiển vi, người ta có thể phân biệt các nguyên tử nằm trong cùng một mô hình không gian như các nguyên tử tạo nên tinh thể kim cương. Trên thực tế, điều này giống như việc cắt một mạng kim cương phức tạp thành các khối nhỏ hơn bao gồm một, hai hoặc ba ô.

Không giống như kim cương là carbon tinh khiết, bột trên được gọi là diamondoids cũng chứa hydro. Sử dụng các khối xây dựng này, các nhà khoa học có thể sản xuất kim cương và cũng có thể tìm hiểu thêm về quy trình này nếu mô phỏng áp suất cao và nhiệt độ cao được tìm thấy ở các mỏ kim cương được hình thành tự nhiên trên Trái đất.

Khi thử nghiệm, các nhà nghiên cứu đã nạp diamondoids vào một buồng áp suất có kích thước bằng một quả mận gọi là tế bào đe kim cương, ép bột giữa hai viên kim cương đã được đánh bóng. Với một vòng quay thủ công đơn giản, thiết bị có thể tạo ra áp lực như ở trung tâm Trái đất.

Sau khi làm nóng các mẫu bằng laser, các nhà khoa học đã kiểm tra kết quả bằng cách sử dụng một bộ thử nghiệm và chạy các mô hình máy tính để có thể giải thích được cách chuyển đổi xảy ra. Họ phát hiện ra rằng diamondoids 3 thành phần, được gọi là triamantane, có thể được tổ chức lại thành một viên kim cương với năng lượng thấp đáng ngạc nhiên.
Ở nhiệt độ 900 K, xấp xỉ 627 độ C và 20 GPa, nghĩa là áp suất cao gấp hàng trăm nghìn lần so với bầu khí quyển Trái đất, các nguyên tử carbon của triamantane tự cân bằng và hydro phân rã.

Việc chuyển đổi diễn ra trong tích tắc. Kích thước nhỏ của mẫu bên trong ô với đe kim cương làm cho phương pháp này không thực tế để tổng hợp trên quy mô công nghiệp, nhưng nó cung cấp kiến ​​thức chính về sản xuất kim cương.

Vũ Trung Hương