Dạng mới của cacbon: Cứng như đá, nhưng đàn hồi giống cao su

Vật liệu mới với sự kết hợp độc đáo các đặc tính trên được đánh giá là hữu ích, có thể phục vụ rất nhiều ứng dụng từ lĩnh vực kỹ thuật hàng không cho đến sản xuất áo giáp cho binh lính trong quân đội. Báo cáo kết quả nghiên cứu được công bố trong tạp chí Science Advances.

Cacbon là một nguyên tố hóa học tồn tại dưới nhiều hình thức khác nhau và được biết đến với giá trị sử dụng dường như vô hạn. Điều này là do cấu hình của nó cho phép các electron nguyên tử khả năng tự liên kết để tạo thành một loạt các loại vật liệu với các tính chất khác nhau, có thể kể đến: bạch kim, kim cương siêu cứng và graphite mờ đục được sử dụng trong ngành công nghiệp sản xuất bút chì và dầu nhờn công nghiệp với hàm lượng chủ yếu là cacbon.

Trong nghiên cứu hợp tác giữa hai trường Đại học Yanshan và Carnegie, các nhà khoa học đã tiến hành thử nghiệm gia tăng áp suất và đốt nóng vật liệu cacbon thủy tinh - dạng cấu trúc gồm các lớp graphene được sắp xếp ngẫu nhiên. Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã đặt vật liệu này trong môi trường nhân tạo với sức ép lớn gấp khoảng 250.000 lần so với áp suất của bầu khí quyển, đồng thời, đốt nóng vật liệu ở mức nhiệt độ khoảng 1.800 độ Fahrenheit để tạo ra một loại cacbon siêu mạnh và có tính đàn hồi cao.

Trong nhiều nghiên cứu được thực hiện trước đó, các nhà khoa học đã thử đặt vật liệu cacbon thủy tinh trong môi trường áp suất cao ở cả 2 mức nhiệt độ: nhiệt độ phòng được nén lạnh và nhiệt độ cực cao. Tuy nhiên, vật liệu được tổng hợp trong môi trường nén lạnh không có khả năng duy trì cấu trúc của nó khi quay trở lại môi trường áp suất xung quanh, còn trong điều kiện nhiệt độ cực cao, nó trở thành dạng cacbon chứa cấu hình kim cương tinh thể nano.

Vật liệu carbon mới có các liên kết giống cả graphene và kim cương, đặc điểm này làm tăng tính độc đáo của sự kết hợp các tính chất. Trong quá trình tổng hợp dưới điều kiện áp suất cao, các lớp graphene được sắp xếp ngẫu nhiên trong vật liệu cacbon thủy tinh biến đổi hình dạng, hợp nhất và liên kết theo nhiều hình thức khác nhau. Quá trình này tạo ra một cấu trúc tổng thể không tuân theo trật tự không gian tầm xa mà tuân theo cấu trúc không gian tầm xa ở quy mô nanomet.

GS. Zhisheng Zhao - trường Đại học Yanshan giải thích: "Vật liệu mới siêu nhẹ, có độ bền cao và tính đàn hồi tốt như thế này rất cần thiết và hữu ích cho nhiều ứng dụng trong đó yêu cầu về yếu tố tiết kiệm trọng lượng thậm chí còn quan trọng hơn cả chi phí vật liệu. Hơn nữa, chúng tôi tin rằng phương pháp tổng hợp này có thể được phát triển để tạo ra nhiều dạng cacbon đặc biệt khác thậm chí là các lớp vật liệu mới hoàn toàn khác biệt".

P.K.L-NASATI (Theo Phys)