Kim cương sắp mất 'danh hiệu' vật liệu cứng nhất

Kim cương sắp mất 'danh hiệu' vật liệu cứng nhất

Dù hiện là một trong những vật liệu cứng nhất mà con người biết đến, nhưng các chuyên gia cho rằng kim cương hoàn toàn có thể bị ép thành một chất liệu thậm chí còn cứng hơn.

tuoitre.vn

Dù hiện là một trong những vật liệu cứng nhất mà con người biết đến, nhưng các chuyên gia cho rằng kim cương hoàn toàn có thể bị ép thành một chất liệu thậm chí còn cứng hơn.

Pha BC8 rắn hơn kim cương 30% - Ảnh: LLNL

Kim cương là một chất tự nhiên được tạo thành từ các tinh thể carbon. Loại chất liệu quý hiếm này được tìm thấy trên Trái đất, thậm chí nghiên cứu còn cho thấy sau một sự kiện địa chất lớn, có thể có một "đài phun kim cương" trồi lên khỏi lòng đất.

Trước đây kim cương được cho là một trong những vật liệu cứng nhất nhờ vào cấu trúc hạt cực kỳ chắc chắn. Tuy nhiên, trong khoảng 40 năm qua, các nhà khoa học đã đưa ra giả thuyết rằng kim cương có thể ép thành một loại khoáng chất thậm chí còn cứng hơn gọi là pha BC8.

Nếu đúng, dạng carbon cực kỳ đậm đặc này có thể sẽ được tìm thấy trên các ngoại hành tinh giàu carbon, và sẽ có cả cường độ nén lẫn độ dẫn nhiệt cao hơn kim cương. Trên Trái đất, pha BC8 không tồn tại một cách tự nhiên.

Vừa qua, các chuyên gia Mỹ và Thụy Điển đã chạy mô phỏng động lực phân tử chính xác lượng tử trên siêu máy tính. Họ kiểm tra xem kim cương hoạt động như thế nào dưới áp suất và nhiệt độ cao, mà về mặt lý thuyết sẽ khiến nó không ổn định.

Kết quả nghiên cứu tiết lộ các điều kiện mà nguyên tử carbon trong kim cương có thể được nén để tạo ra cấu trúc khác thường. Cấu trúc mới, pha BC8, sẽ rắn hơn kim cương 30% và chỉ được quan sát thấy trên Trái đất ở hai vật liệu khác là silicon và germanium.

Nhà vật lý Jon Eggert, từ Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore (Mỹ), giải thích: "Cấu trúc BC8 duy trì tứ diện hoàn hảo, nhưng không có các mặt phẳng phân tách như trong cấu trúc kim cương".

Mặc dù lý thuyết thể hiện sự hợp lý, nhưng những nỗ lực của các nhà nghiên cứu trên thực tế vẫn chưa thành công do có một vùng nhiệt độ và áp suất rất nhỏ mà pha BC8 có thể xảy ra, và những phạm vi đó chưa được xác định.

Tuy nhiên khám phá này có thể là yếu tố thay đổi cuộc chơi cho nhiều lĩnh vực.

Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Thư hóa học vật lý.

...................

Click to expand...

Friday 13th said:

Ngày xưa nghe kim cương cứng tưởng là kg thể bị bể, sau này mới biết là lấy búa đập cũng bể Cuối cùng cứng là khái niệm dùng vật liệu này cắt vật liệu khác.

Click to expand...

Friday 13th said:

Ngày xưa nghe kim cương cứng tưởng là kg thể bị bể, sau này mới biết là lấy búa đập cũng bể Cuối cùng cứng là khái niệm dùng vật liệu này cắt vật liệu khác.

Click to expand...

Friday 13th said:

Ngày xưa nghe kim cương cứng tưởng là kg thể bị bể, sau này mới biết là lấy búa đập cũng bể Cuối cùng cứng là khái niệm dùng vật liệu này cắt vật liệu khác.

Click to expand...

Bạch Hạc Tam Giang said:

KIM CƯƠNG: CỨNG MÀ KHÔNG CỨNG

Đầu tiên phải phân biệt 2 loại độ cứng, đó là độ cứng chống xước từ việc bị cắt (hardness) và độ cứng chống vỡ do lực tác động (toughness). Kim cương là vật liệu siêu cứng theo hướng hardness, nên khi nó và 1 vật liệu tự nhiên bất kỳ cứa vào nhau thì kim cương sẽ còn nguyên còn vật kia sẽ bị cắt. Nhưng độ cứng chống vỡ theo hướng toughness của kim cương lại không quá cao, chỉ khoảng 2 MPa*m^1/2. Để so sánh thì nó cao hơn bê tông (1.4), nhưng thấp hơn nhiều các vật liệu kim loại và hợp kim, như thép là 50.

Để giải thích cho vụ này thì cần nói qua về mạng tinh thể của kim cương. Chắc các bạn đã biết mỗi bộ 4 nguyên tử cacbon kim cương liên kết thành khối tứ diện bằng liên kết cộng hóa trị, thế nên tính hardness của nó rất cao. Nhưng nó cũng đồng thời có cấu trúc tinh thể lập phương, và từ các liên kết yếu hơn giữa các nguyên tử trong mạng này có thể bị phá vỡ. Mặt cắt nơi các liên kết yếu nhất này tồn tại trong cấu trúc gọi là mặt cát khai (cleavage), và kim cương có cấu trúc 4 mặt cá khai (bát diện), và cát khai hoàn toàn, nên nó rất bị phá vỡ.

Click to expand...