Khi nhắc đến kim cương, nhiều người thường nghĩ đến chúng như là chất cứng nhất trên Trái đất. Tuy nhiên, mặc dù rất khó bị trầy xước, kim cương lại khá giòn và dễ vỡ. Mới đây, một nhóm nghiên cứu tại Viện Vật lý thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và Đại học Bắc Hàng đã công bố một phát hiện đáng chú ý trên tạp chí Nature Synthesis: tạo ra một loại kim cương tổng hợp cứng hơn kim cương đơn tinh thể khoảng 5 lần.

Để đạt được điều này, các nhà khoa học đã thêm các ống nano carbon vào kim cương. Việc gia cố này không chỉ giúp tăng cường độ cứng mà còn giữ nguyên độ bền của kim cương. Trước đó, nhiều nỗ lực đã được đưa ra nhằm cải thiện độ cứng của kim cương thường gặp khó khăn trong việc duy trì độ bền của chúng.

Quá trình chế tạo vật liệu composite kim cương diễn ra bằng cách lấp đầy các khoảng trống giữa các hạt kim cương bằng các ống nano carbon đa vách, có kích thước chỉ bằng 1/10.000 chiều rộng của một sợi tóc. Hỗn hợp này sau đó được nung nóng đến 2.000 độ C và chịu áp suất 15 GPa, khiến các ống nano carbon liên kết với các hạt kim cương ở cấp độ nguyên tử, tạo thành một mạng lưới 3D chắc chắn.

Độ cứng ấn tượng của kim cương từ Trung Quốc

Kết quả thử nghiệm cho thấy vật liệu composite này có độ cứng khoảng 91,6 GPa, tương đương kim cương đơn tinh thể, và độ bền chống nứt trung bình đạt 31,9 MPa·m½. Nhờ vào các ống nano carbon, nếu có vết nứt hình thành, chúng sẽ giúp phân tán năng lượng và giữ cho vết nứt không lan rộng, làm cho kim cương khó bị vỡ hơn.

Đáng chú ý, vật liệu composite kim cương này được cho là cứng hơn cả hợp kim vonfram, một vật liệu thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao, như trong các lò phản ứng nhiệt hạch. Dự án ITER, một trong những dự án lớn nhất của con người, đã chọn vonfram cho bộ phận chuyển hướng do điểm nóng chảy cao của nó.

Mặc dù nhóm nghiên cứu chưa công bố ứng dụng cụ thể cho vật liệu composite kim cương, họ đã đề cập đến khả năng sử dụng trong các công cụ siêu cứng và vật liệu chịu va đập. Phát hiện này không chỉ thay đổi cách nhìn nhận về kim cương mà còn mở ra nhiều triển vọng mới trong lĩnh vực vật liệu.