Kim cương là một trong hai dạng hình thù được biết đến nhiều nhất của cacbon (dạng còn lại là than chì), có độ cứng rất cao và khả năng khúc xạ cực tốt làm cho nó có rất nhiều ứng dụng trong cả công nghiệp và ngành kim hoàn.
Kim cương được cho là một loại khoáng sản với những tính chất vật lý hoàn hảo.
húng là những vật liệu tốt để tạo ra các bề mặt nhám và chỉ có những viên kim cương khác, những tinh thể cacbon dạng lồng hay ADNR mới có thể cắt kim cương được. Điều đó có nghĩa là chúng có thể giữ bề mặt đánh bóng rất lâu và rất tốt. Khoảng 150 triệu cara (30.000 kg) kim cương được khai thác mỗi năm với tổng giá trị là 10 tỷ đô la Mỹ. Ngoài ra khoảng 100.000 kg kim cương hàng năm được điều chế nhân tạo.
Vì là vật liệu cứng nhất trên hành tinh nên việc thay đổi hình dạng chúng là cực kì khó khăn. Nhưng gần đây, các nhà khoa học đã tìm ra một cách mới để làm cho kim cương bị uốn cong và biến dạng mà không làm vỡ chúng. Chìa khóa cho quá trình này là làm thay đổi chúng ở quy mô nhỏ nhất có thể.
Cụ thể đó chính là thí nghiệm này chiếu rọi một điện trường vào các hạt kim cương có chiều dài chỉ 20 nanomet (nhỏ hơn khoảng 10.000 lần so với tóc người), các nhà nghiên cứu đã có thể khiến chúng uốn cong đến 90 độ mà không bị gãy. Trong các điều kiện được sử dụng trong thí nghiệm, chiếu xạ điện tử không gây ra khuyết điểm trong cấu trúc của kim cương mà thay vào đó, nó phát sinh sự tích lũy điện tích cục bộ do sự phát xạ, phát xạ điện tử từ các cấu trúc dạng ống nano của kim cương xung quanh, tạo ra lực tĩnh điện mạnh đến mức có thể uốn cong chúng.
Ở quy mô phân tử, biến dạng dẻo đòi hỏi phải phá vỡ và tái tạo các liên kết tương tác.
Tuy nhiên, trong kim cương, các liên kết cộng hóa trị có tính định hướng cao và do đó chúng chống lại sự biến dạng một cách mạnh mẽ, dẫn đến gãy giòn dọc theo mặt phẳng tinh thể. Tuy nhiên, biến dạng dẻo quan sát được ở đây cho thấy rằng các ống nano rất nhỏ để năng lượng tự do Gibbs thấp hơn, để tạo ra độ dẻo thay vì biến dạng giòn và chính việc thực hiện ở thang đo nanomet đã giúp cho điều này xảy ra.
(Gibbs free energy) là năng lượng vốn có của một hệ thống, khi cần nó được dùng để thực hiện công dưới các điều kiện và áp suất nhất định.
Trong quá trình nghiên cứu, các nhà khoa học cũng phát hiện ra một giả thuyết về trạng thái mới của carbon thông qua các mô phỏng mà họ gọi là O8-carbon: nó xuất hiện dưới dạng kim cương bị chịu áp lực với các liên kết bị phá vỡ dần dần. Tất cả những khám phá này rất hữu ích cả trong nghiên cứu về kim cương và nghiên cứu về công nghệ nano nói chung. Việc cắt kích thước kim cương xuống nhỏ như thế này hiện tại không dễ dàng gì nhưng có thể có nhiều ứng dụng tiềm năng trong tương lai.
Bài viết được tổng hợp bởi đội ngũ Science Realm.
Các nguồn tham khảo thêm: ScienceAlert, ScienceDirect và Wikipedia.
Để lại bình luận