Tinh thể cứng hơn kim cương 58%, nhưng lại vô giá trị vì lý do này

Đã từ rất lâu, kim cương luôn được coi là vật liệu có giá trị cao, thường được sử dụng làm đồ trang sức, hoặc ứng dụng trong cả công nghiệp và ngành kim hoàn nhờ có độ cứng rất cao và khả năng khúc xạ cực tốt.

Những đặc tính ấy đã thôi thúc khoa học đi tìm cách tạo ra một loại vật liệu cứng tương tự. Cuối cùng, dường như họ đã thành công, khi có thể tạo ra một thứ còn tốt hơn kim cương trong tự nhiên.

Tìm ra kim cương nhân tạo mới

Các nhà nghiên cứu tại Viện Vật lý Xung động tại Đại học Bang Washington đã tổng hợp được một loại kim cương cấu trúc lục giác đủ lớn để có thể nghiên cứu về độ cứng trong thí nghiệm.

"Chúng tôi đã tổng hợp được một dạng kim cương cấu trúc lục giác qua phương pháp gây chấn động đột ngột, vật liệu này cứng và bền hơn đáng kể so với kim cương trang sức thông thường", Yogendra Gupta, trưởng viện và là tác giả của nghiên cứu, cho biết.

Đây thực chất là các tinh thể lonsdaleite, hay còn gọi là kim cương lục giác - hexagonal diamond, vốn được biết tới nhờ độ cứng còn hơn cả kim cương. Thế nhưng trước đây, thứ vật liệu hiếm có tồn tại ít ỏi ngoài tự nhiên, chủ yếu chỉ có ở những hố va chạm thiên thạch, khiến cho lượng londasleite không đủ để thử nghiệm và sử dụng rộng rãi.

Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học sử dụng thuốc súng và khí nén, từ đó bắn các đĩa graphite có kích cỡ bằng đồng xu vào một vật liệu trong suốt với tốc độ 15.000 dặm/giờ. Ngay khi có va chạm, các xung động truyền qua các đĩa này và tạo ra tinh thể lonsdaleite cực kỳ quý hiếm.

"Kim cương là một loại vật liệu rất đặc biệt", Gupta nói.  "Không chỉ là vật liệu cứng nhất - kim cương còn có các thuộc tính quang học đặc biệt và khả năng dẫn nhiệt rất tốt. Thế nhưng các tinh thể lonsdaleite có thể sẽ làm tốt hơn thế".

Cứng hơn kim cương 58%

Để kiểm tra độ cứng của tinh thể lonsdaleite, các nhà khoa học buộc phải sử dụng một phương pháp độc đáo, có sự can thiệp của sóng âm.

Như chúng ta đã biết, vật liệu càng cứng thì âm thanh càng dễ truyền qua. Theo đó, các nhà nghiên cứu sử dụng va chạm mạnh tạo ra sóng âm, rồi theo dõi quãng đường nó truyền qua lonsdaleite. Kết quả cho thấy vật liệu này có độ cứng cao hơn kim cương.

Do các vật liệu cứng hơn cũng bền, khó xước hơn, nhóm kết luận lonsdaleite cứng cáp hơn kim cương tới 58% - một con số đáng kinh ngạc và là kỷ lục chưa từng ghi nhận. 

Mặc dù vậy, các tinh thể lonsdaleite vẫn chưa thể thay thế kim cương, hoặc làm mất đi giá trị của vật chất này. Theo các nhà khoa học, tinh thể lonsdaleite chỉ tồn tại trong vài nano-giây trước khi các va chạm mạnh phá hủy cấu trúc của chúng.

Sự tồn tại trong thời gian ngắn ngủi chỉ là để các nhà khoa học kịp đo đạc được độ cứng của chúng. Giáo sư Gupta cho rằng nếu kéo dài được khoảng thời gian tồn tại của londasleite, loài người có thể sẽ sản sinh ra vật liệu quý giá, cứng cáp hơn cả kim cương.