Đã có kim cương nhân tạo cứng hơn kim cương tự nhiên

Các nhà khoa học ở Úc vừa cải thiện được độ cứng và sức bền bỉ của loại kim cương tự nhiên, tạo ra được loại kim cương cứng hơn tất cả các kim cương trên Trái đất.

Khi được hỏi về loại vật liệu tự nhiên cứng nhất trên Trái đất, mọi người đều nghĩ đến đó là kim cương – những viên đá xinh đẹp được dùng làm trang sức, có thể cắt đứt thép và đá.

Tuy nhiên mới đây, các nhà khoa học đã nâng cấp loại kim cương Lonsdaleite lên thành một phiên bản mới. Kim cương Lonsdaleite được tìm thấy tại những miệng hố va chạm của Trái đất với các thiên thạch trong quá khứ.

Viên kim cương Lonsdaleite được các nhà khoa học dùng để tạo thành bản nâng cấp mới của nó. Ảnh: Jamie Kidston, ANU.

Kim cương Lonsdaleite rất đặc biệt vì được tạo thành từ carbon nguyên khối. Cấu tạo gồm những tinh thể hình lục giác khiến nó cứng cáp hơn những loại kim cương bình thường tới 58%.

Kim cương Lonsdaleite lần đầu được phát hiện vào năm 1967. Trước đây nhiều nhóm nghiên cứu cũng từng thí nghiệm trên kim cương Lonsdaleite nhưng thất bại, vì nó đòi hỏi điều kiện nhiệt độ lên đến hơn 1.000 độ C để thực hiện.

Các nhà khoa học tiến hành nghiên cứu và tạo ra một phiên bản nano của kim cương Lonsdaleite trong phòng thí nghiệm. 

Bản nâng cấp sẽ còn cứng hơn so với bản gốc trong tự nhiên. Khi được chế tạo và sản xuất hàng loạt, nó sẽ trở thành vật chất cứng nhất để ứng dụng vào công việc đào mỏ, nhiều khu mỏ trên thế giới có lớp đá rất cứng.

Viên kim cương được đặt trong cái đe ở phòng thí nghiệm để tạo ra loại kim cương mới vô cùng cứng và bền. Ảnh: Jamie Kidston, ANU.

“Cấu trúc tinh thể lục giác của kim cương khiến nó cứng cáp hơn bất cứ loại kim cương nào, vì những loại kim cương thông thường chỉ có cấu trúc tinh thể dạng khối lập phương”, nhà nghiên cứu Jodie Bradby từ Đại học Quốc gia Australia cho biết.

Phiên bản mới của kim cương Lonsdaleite là một dạng carbon có hình dạng phức tạp, được gọi là carbon vô định hình. 

Họ đặt carbon vô định hình trên một cái đe, trên dưới đều là hai viên kim cương đặt đối với nhau. Rồi chỉnh điều kiện thí nghiệm với mức áp lực rất cao, như việc bạn bị đè xuống sâu thẳm gần lõi Trái đất.

Sử dụng đe kim cương cùng áp lực vô cùng cao, họ đã tạo ra được viên kim cương chỉ với nhiệt độ 400 độ C. Nghĩa là nó được tạo ra với phương pháp đơn giản và chi phí rẻ hơn so với trước đây.

Viên kim cương mới này sẽ không xuất hiện trong các chiếc nhẫn đính hôn, mà được gắn trên những mũi khoan để khai thác các mỏ đất đá ở những địa hình rắn chắc trên Trái đất. 

Loại kim cương này sẽ cắt khoan bất cứ loại vật liệu nào trên Trái đất một cách rất dễ dàng

Bradby cho biết.

Nghiên cứu này được đăng trên Tạp chí Scientific Reports.

Dịch từ Science Alert

Kim Cương Nhân Tạo là gì?

Kim cương nhân tạo hay kim cương tổng hợp là loại đá được sản xuất với ánh quang, tính chất vật lý giống như một viên kim cương tinh khiết và do con ngườivà máy móc hiện đại làm ra, năm 1797 phát hiện kim cương là cacbon tinh khiết.

 Kim cương nhân tạo có tính chất vật lý và hóa học giống như kim cương thiên nhiên. Kim cương nhân tạo có thành phần là C, trọng lượng riêng là 3,52, chiết suất 2,417 thậm chí có những loại kim cương nhân tạo có thể chịu được áp suất gấp 1,3 triệu lần áp suất không khí theo một chiều nhất định, trong khi vẫn an toàn dưới áp suất gấp 600.000 lần từ các chiều khác nhau,kim cương này còn rắn hơn cả kim cương trong tự nhiên. Và cũng không giống như kim cương tự nhiên, kim cương mới không ở dạng tinh thể, mà thuộc về vật chất vô định hình.
Sự hình thành của kim cương tự nhiên đòi hỏi rất cụ thể điều kiện tiếp xúc với các vật liệu carbon chịu áp lực cao, dao động khoảng từ 4.41 đến 5.88 triệu tấn (4,5 và 6 GPa), nhưng ở một phạm vi nhiệt độ tương đối thấp giữa khoảng 900 và 1.300 °C (1.650 và 2.370 °F).
Một viên kim cương nhân tạo
Nhưng điều khác biệt là kim cương nhân tạo do con người tạo ra trong phòng thí nghiệm trong khoảng thời gian tương đối ngắn. Kim cương nhân tạo thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp kỹ thuật quang học, các chip điện tử cao cấp. Kim cương nhân tạo được tổng hợp theo 2 phương pháp chính là phương pháp cao áp cao nhiệt HPHT(High pressure, High temperature nghĩa là nhiệt độ cao ở áp suất cao) sử dụng nhiệt độ và áp suất cực kỳ cao nhằm tái tạo môi trường giống như môi trường tái tạo kim cương trong lòng đất và phương pháp bốc hơi lắng tụ hóa học CVD (Chemical Vapor Deposition) sử dụng sự bốc hơi hóa học của hợp chất khí Carbon dưới tác động của tia nhiệt plasma tạo sự phân chia phân tử khí cho đến khi chỉ còn lại nguyên tử cacbon lắng tụ và phát triển trên mầm kim cương có sẵn. Với góc cắt đẹp, sắc sảo và giá thành tương đối hợp lý, đó là những ưu điểm của kim cương nhân tạo. Kim cương nhân tạo và vẻ đẹp của nó đã thu hút sự yêu thích và mong muốn sở hữu của nhiều người, nhất là phái nữ. Hiện tại, thị trường đưa ra nhiều kiểu dáng đa dạng với đủ ánh lấp lánh: hồng, tím, xanh lơ, xanh lá cây, đỏ, đỏ nhạt, cam..., chủ yếu có nguồn gốc từ Hồng Kông, Hà Lan, Bỉ..., Những chuyên gia kiểm định hay nhà kinh doanh kim cương lâu năm nếu bằng mắt thường cũng khó có thể phân biệt với kim cương thiên nhiên.
Tuy nhiên, nhiều chuyên gia cho rằng giá thành của kim cương nhân tạo rất cao, do việc tạo ra môi trường giống như tự nhiên để cho ra đời kim cương nhân tạo vô cùng tốn kém và đắt hơn cả kim cương thiên nhiên nên thị trường trang sức thế giới rất hiếm khi dùng kim cương nhân tạo. Những kim cương nhân tạo được quảng cáo rầm rộ trên thị trường, thực chất hầu hết chỉ là đá tổng hợp, thường là Đá Zirconia (Đá CZ) hay Moissanit.