Tìm ra loại thủy tinh cứng hơn cả kim cương

Có một lý do mà chúng ta vẫn sử dụng kim cương làm tiêu chuẩn cho độ cứng. Loại đá quý lấp lánh này có độ cứng Vickers (VH) cao nhất trong tất cả vật liệu tự nhiên, ở mức khoảng 70 gigapascal (GPa) và chúng thậm chí còn được đặt tên theo từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là "bất khả chiến bại".

Tuy nhiên, điều này có thể sẽ thay đổi. Mới đây, các nhà khoa học ở Trung Quốc đã tạo ra một thể carbon mới mang tên AM-III, và đó là vật liệu không định hình cứng nhất. Nó có độ VH là 113 GPa, tức là cứng hơn kim cương.

Kim cương sở hữu sức mạnh và độ bền phi thường nhờ cấu trúc cực kỳ đều đặn, nó chỉ bao gồm các nguyên tử carbon đơn lẻ được sắp xếp theo cấu trúc tứ diện. Vì thế, có thể bạn sẽ suy luận rằng vật liệu mới cũng có cấu trúc tương tự, nhưng không phải.

Nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra AM-III bằng cách bóp vỡ các quả cầu bucky, một lồng gồm 60 nguyên tử carbon kết nối được sắp xếp giống như một quả bóng đá cho đến khi chúng sụp đổ, dẫn đến việc tạo ra một vật liệu vô định hình - viết tắt của AM trong AM-III. Điều đó khiến nó thực sự không giống kim cương. Trên thực tế, nó giống thủy tinh hơn.

Bạn có thể đã nghe rằng thủy tinh thực sự là một chất lỏng. Không phải, nhưng nó cũng không hẳn là một chất rắn, nó là một chất rắn khác trong số những chất rắn vô định hình đặc biệt.

Điều này có nghĩa đối với thủy tinh và đối với AM-III, là cấu trúc phân tử không có trật tự lâu dài đối với nó - các phân tử không có sự hỗn loạn mà bạn sẽ thấy trong chất lỏng, nhưng chúng cũng không bình thường như bạn tìm thấy trong một chất rắn. Điều đó có nghĩa là bạn sẽ có được một vật chất vững chắc theo mọi nghĩa thực tế, nhưng các phân tử của nó vẫn có thể thực sự chuyển động theo thời gian, mặc dù thời gian thực sự rất dài.

Một trong nhiều ứng dụng được đề xuất của AM-III sử dụng chất lượng giống như kính này một cách khá trực tiếp đó là có ý kiến cho rằng vật liệu mới có thể được sử dụng để sản xuất cửa sổ chống đạn cứng hơn từ 20 đến 100 lần so với công nghệ hiện tại.

Các nhà nghiên cứu cho biết, chất lượng vô định hình của AM-III mang lại cho nó một loạt các đặc tính khác, khiến nó có thể áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghệ cao. Ví dụ, AM-III cũng là một chất bán dẫn khá tốt. Điều đó có nghĩa là vật liệu mới có tiềm năng được sử dụng cho "các ứng dụng quang điện mới".

Mặc dù việc sản xuất hàng loạt vật liệu mới có thể sẽ mất một thời gian và giá cả không rẻ, nhưng sự đa dạng của các ứng dụng khiến loại kính mới này trở thành thứ mà chúng ta có thể thấy nhiều trong tương lai.

"AM-III thực sự là một vật liệu carbon AM mới chưa từng được phát hiện và báo cáo trước đây. Thứ tự phạm vi ngắn, cấu trúc vi mô và thành phần cung cấp một sự kết hợp độc đáo giữa chất bán dẫn và các tính chất cơ học vượt trội, đồng thời thúc đẩy việc khám phá thêm về thực nghiệm và lý thuyết về các dạng thù hình carbon AM", các nhà nghiên cứu nhấn mạnh.