Trung Quốc chế tạo loại thủy tinh cứng hơn kim cương

Dùng kim cương để cắt thủy tinh không phải là điều gì mới mẻ, tuy nhiên, mới đây một nhóm nghiên cứu ở miền bắc Trung Quốc đã chế tạo một loại vật liệu thủy tinh cứng nhất thế giới, có thể dễ dàng để lại vết xước sâu trên bề mặt kim cương.

Một mảnh thuỷ tinh AM-III rộng 1mm đã làm xước bề mặt của một viên kim cương tự nhiên. Ảnh: National Science Review

Theo báo Bưu điện Hoa Nam buổi sáng (Hong Kong, Trung Quốc), vật liệu trong suốt có tên tạm thời là AM-III, màu hơi ngả vàng, được tạo ra hoàn toàn bằng carbon, đạt độ cứng 113 gigapascal (GPa) trong một bài kiểm tra của Vickers. Trong khi đó, một viên kim cương tự nhiên thường có độ cứng từ 50 đến 70 GPa, thậm chí một số viên nhân tạo cứng nhất cũng chỉ có thể đạt đến mức 100 GPa.

AM-III tốn rất nhiều thời gian để sản xuất hàng loạt và giá thành của loại vật liệu này không rẻ. Tuy nhiên, vật liệu thuỷ tinh này có thể được ứng dụng làm kính chống đạn với độ cứng cao gấp 20 đến 100 lần so với sản phẩm chuyên dụng hiện có mặt trên thế giới ngày nay.

Các nhà nghiên cứu cho biết vật liệu thủy tinh trông không hấp dẫn như đồ trang sức, nhưng nó có thể được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghệ cao. Ví dụ, AM-III là một chất bán dẫn có hiệu quả gần như silicon. Khả năng truyền dòng điện theo ý muốn cũng khiến nó trở thành một ứng cử viên sáng giá để sử dụng trong các thiết bị quang điện, bao gồm cả vũ khí, hoạt động trong môi trường khắc nghiệt như áp suất và nhiệt độ cao.

Giáo sư Tian Yongjun và các đồng nghiệp thuộc Trung tâm Khoa học áp suất cao của Đại học Yến Sơn, ở thành phố Tần Hoàng Đảo, tỉnh Hà Bắc, cho biết trên tạp chí National Science Review ngày 5/8: “Loại vật liệu carbon vô định hình bán dẫn siêu cứng, siêu bền này là ứng cử viên xuất sắc cho các ứng dụng thực tế khắt khe nhất”.

Kim cương là một tinh thể không màu gồm cacbon nguyên chất có độ cứng rất cao. Ảnh: AFP

Tuy nhiên, việc chế tạo vật liệu thủy tinh siêu bền này phức tạp hơn các loại tinh thể. Quá trình sản xuất AM-III cần đến fullerene, những phân tử cấu thành từ các nguyên tử carbon, có cấu trúc rỗng giống như một quả bóng đá rất nhỏ.

AM-III có thể được sản xuất với nhiều hình dạng và kích cỡ khác nhau. Và không giống như kim cương, có bề mặt tương đối yếu vì sự liên kết phức tạp của các nguyên tử, phần xung quanh AM-III rất cứng. Theo các nhà nghiên cứu, thuộc tính này sẽ làm tăng thêm tiềm năng ứng dụng của AM-III.

Vào năm 2013, nhóm nghiên cứu của ông Tian cũng đã tạo ra loại vật liệu cứng nhất thế giới có thể nhìn thấy bằng mắt thường, đó là một tinh thể boron nitride có độ cứng 200 Gpa, cứng gấp đôi kim cương. Hiện kỷ lục này vẫn được giữ nguyên.