Phương pháp mới tạo ra kim cương trong vài phút ở phòng thí nghiệm
Thay vì phải chờ đợi hàng tỷ năm để kim cương được hình thành trong tự nhiên, các nhà khoa học tại Úc mới đây đã có thể tự làm ra những viên kim cương ở nhiệt độ phòng thí nghiệm chỉ trong vài phút.
Cách đây không lâu, một nhóm nhà nghiên cứu từ Đại học Quốc gia Úc (ANU) và Đại học Viện Công nghệ Hoàng gia Melbourne (RMIT) do GS Dougal G. McCulloch dẫn đầu đã công bố một phương pháp có thể tạo ra đá quý ở nhiệt độ phòng trong vòng vài phút.
Các nhà khoa học đã tạp ra phương pháp mới giúp hình thành kim cương tinh thể nano và lonsdaleite - một dạng phân tử carbon ít phổ biến hơn với cấu trúc tinh thể lục giác, tìm thấy trong tự nhiên tại các điểm va chạm của thiên thạch - ở nhiệt độ phòng dưới áp suất 80GPa.
Đây là một cải tiến mang tính đột phá khi tất cả các quy trình chế tạo kim cương nhân tạo đều yêu cầu nhiệt độ khoảng 1.400°C. Trong công trình nghiên cứu này, carbon thủy tinh được sử dụng làm vật liệu tiền chất và được nén trong các tế bào đe kim cương ở nhiệt độ phòng.
Carbon thủy tinh là một dạng carbon không tinh thể, tương tự như than chì, chủ yếu là liên kết sp2, nhưng không giống như graphit, phân tử chứa các lớp xếp chồng lên nhau và định hướng ngẫu nhiên, tạo thành một vật liệu đẳng hướng, mờ đục.
Sau khi nén carbon thủy tinh và phân tích các mẫu dưới áp lực, các nhà khoa học quan sát được sự hình thành 3 pha khác biệt của cacbon: graphit, kim cương và lonsdaleit.
Trước đây, nhóm nghiên cứu cũng tạo được lonsdaleite, còn được gọi là kim cương lục giác trong phòng thí nghiệm ở nhiệt độ cao. Kim cương và lonsdaleite thường được cho là hình thành thông qua các cách biến đổi khác nhau liên quan đến sự trượt của những lớp graphene để đạt được sự xếp chồng thích hợp khi các lớp nén lại với nhau.
Biến đổi pha từ carbon thủy tinh thành kim cương và kim cương lục giác lonsdaleite dưới lực cắt.
Sự dịch chuyển các nguyên tử cần thiết tạo thành dạng tinh thể tương ứng đạt được bằng phương pháp làm nóng mẫu, giảm thiểu rào cản động học giữa các pha. Nhưng kết quả thử nghiệm mới cho thấy cả lonsdaleite và kim cương thông thường cũng có thể hình thành ở nhiệt độ phòng bình thường chỉ bằng cách áp dụng áp suất cao đến 80GPa.
Hiện nay, bên cạnh nguồn sản phẩm quý hiếm từ tự nhiên, việc sản xuất kim cương nhân tạo cũng không còn quá xa lạ nhằm đáp ứng nhu cầu tiêu dùng của thế giới. Tuy nhiên, các quy trình tổng hợp này đòi hỏi áp suất và nhiệt độ cao để biến carbon nguyên tố thành kim cương kết tinh. Điều này đòi hỏi năng lượng rất lớn để vượt rào cản động học cao giữa các pha vật liệu, do đó, phương pháp mới của GS Dougal G. McCulloch và các cộng sự sẽ mở ra hướng đi mới cho việc sản xuất thứ đá quý đắt đỏ này.
Tạp chí Sở hữu Trí tuệ & Sáng tạo
