Khám phá bí mật của vật liệu cứng nhất hành tinh, cứng hơn kim cương

Các nhà khoa học Nga vừa thiết kế được một mô hình mới cho vật liệu dựa trên tinh thể fullerene có độ cứng cơ học cực cao, hơn cả kim cương.

Phát hiện này mang lại khả năng giúp chúng ta hiểu sâu hơn về vật liệu fullerene, thúc đẩy nghiên cứu trong lĩnh vực này và có thể giúp tổng hợp các vật liệu siêu cứng cho ngành công nghiệp chế biến.

Một nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Khoa học và Công nghệ Quốc gia Nga (MISiS), Viện Công nghệ Vật liệu Carbon Mới và Siêu cứng ở thủ đô Nga, cùng một số trường đại học và viện nghiên cứu khác của Nga đã phát hiện ra cách thức tinh thể fullerite biến thành vật liệu siêu cứng, cứng hơn kim cương tới vài lần. Nhóm này cũng đưa ra một mô hình cho cấu trúc vật liệu đặc biệt này.

Bản nghiên cứu về vấn đề này đã được đăng tải trên tạp chí Carbon.

Fullerite là một tinh thể phân tử có cấu trúc, với một "lưới mắt cáo" các phân tử fullerene.

Fullerene là một dạng phân tử mới, trong đó các nguyên tử tạo thành một quả cầu rỗng. Quả cầu carbon trong fullerite có thể phân bố theo nhiều mẫu khác nhau, mặc dù độ cứng của vật liệu này phụ thuộc chủ yếu vào đúng cách thức kết nối các fullerene.

Mô hình fullerite trong kim cương. (Nguồn ảnh: Sputnik).
Mô hình fullerite trong kim cương. (Nguồn ảnh: Sputnik).

Các nhà nghiên cứu trên thế giới đã tạo ra các mô hình polymer hóa (trong quá trình tạo ra chất polymer, người ta gắn một chất phân tử thấp vào trung tâm hoạt động của một phân tử polymer), nhằm chuyển đổi các fullerene thành fullerite. Trước đây người ta không rõ vì sao các vật liệu được tạo ra lại siêu cứng như đã phát hiện được trong một số cuộc kiểm tra. Các nhà khoa học Nga đã thành công trong việc giải thích quá trình này.

Giới nghiên cứu Nga đã bao quanh một cấu trúc tinh thể fullerite bằng kim cương đơn tinh thể, rồi nghiên cứu hợp chất được tạo ra từ đó.

Giả thuyết do các nhà nghiên cứu Nga đưa ra là độ nén của fullerite ở nhiệt độ cao sẽ chuyển đổi một số fullerene thành kim cương đa tinh thể, trong khi một phần khác vẫn ở dạng nén (pha SH).

Theo tính toán của các nhà khoa học Nga, fullerite bên trong kim cương phải bị nén, do việc nén tăng cường tính đàn hồi và cơ học của nó, trong khi vỏ kim cương giữ fullerite ở nguyên vị trí và bảo tồn các đặc tính của nó.

Tiến sĩ Vật lý và Toán học Pavel Sorokin phát biểu: "Khác với kim cương, fullerite không phải là một vật liệu đơn tinh thể. Trong điều kiện bình thường, chất liệu này hoàn toàn mềm. Tuy nhiên trong quá trình polymer hóa 3D dưới áp lực cao, độ chịu nén và độ cứng của nó tăng lên đáng kể, và vật liệu này trở nên siêu cứng. Fullerite khi ấy có thể tăng độ chịu nén của bề mặt kim cương lên mức 310 GPa. Chúng tôi tin rằng những đặc điểm này là do trạng thái nén của fullerite".

Tiến sĩ Sorokin đứng đầu dự án Khoa học Vật liệu lý thuyết về Cơ sở hạ tầng Cấu trúc Nano tại Phòng thí nghiệm MISiS về Vật liệu Nano Vô cơ. Ông cũng phụ trách phòng thí nghiệm tại Viện Công nghệ Vật liệu Carbon Mới và Siêu cứng ở Moscow.

Giới nghiên cứu tin rằng họ có thể nhanh chóng giải quyết điều bí hiểm của vật liệu siêu cứng. Kết quả thu được trong quá trình mô hình hóa bằng máy vi tính có thể giúp tạo ra các biến thể dựa trên fullerite bền hơn, và sản xuất ra chúng với số lượng lớn đủ cho nhu cầu sử dụng và đủ để thay thế kim cương làm vật liệu carbon chủ lực sử dụng trong ngành công nghiệp chế biến ngày nay.

Theo VOV

tin mới

Một góc nhìn về trường tiên tiến

Một góc nhìn về trường tiên tiến

(Baonghean.vn) - Có thể thấy tính nhân văn từ ý tưởng xây dựng các trường học tiên tiến là nó mở ra cơ hội để đánh thức tiềm lực của người học. Tuy nhiên, việc xây dựng trường tiên tiến cần nhất là tính đồng bộ.

Cuộc thi

24 đội chơi tham gia cuộc thi 'Chinh phục tương lai'

(Baonghean.vn) - Sáng 13/9, tại Trường THCS Đặng Thai Mai, Sở Giáo dục và Đào tạo phối hợp với Ban Khoa giáo, Đài Truyền hình Việt Nam tổ chức vòng sơ khảo chương trình “Chinh phục tương lai” dành cho học sinh trung học cơ sở năm học 2023 - 2024 trên địa bàn thành phố.

'Gieo chữ' giữa sóng gió Trường Sa

'Gieo chữ' giữa sóng gió Trường Sa

(Baonghean.vn) - Giữa ngàn khơi nơi xa nhất của Tổ quốc Việt Nam, vẫn có những đứa trẻ bi bô học chữ. Điều đó khẳng định rằng, ở đâu có chủ quyền, lãnh thổ Việt Nam, ở đó có sự nghiệp trồng người.

Để trường tiên tiến thực sự...tiên tiến

Để trường tiên tiến thực sự...tiên tiến

(Baonghean.vn) - Nghệ An đang bước vào năm thứ 2 thực hiện thí điểm mô hình trường tiên tiến ở các nhà trường, trong đó có nhiều trường công lập. Trong những năm đầu triển khai, không tránh khỏi những băn khoăn.

Sáng 5/9, giáo viên và học sinh TH School hân hoan đón chào ngày khai giảng năm học mới. Ảnh: Phú Hương

TH School Vinh: Khơi niềm cảm hứng, chắp cánh ước mơ

(Baonghean.vn) - Sáng 5/9, học sinh TH School Vinh đã có một mùa tựu trường mới. Đây  là năm học thứ 2, TH School Vinh phối hợp, liên kết cơ sở vật chất với Trường THPT Huỳnh Thúc Kháng, thực hiện mục tiêu đưa chương trình chuẩn quốc tế vào các trường công lập trên địa bàn toàn quốc.

Đồng chí Võ Thị Minh Sinh dự lễ khai giảng năm học mới tại Trường THCS Trường Thi (TP Vinh)

Đồng chí Võ Thị Minh Sinh dự lễ khai giảng năm học mới tại Trường THCS Trường Thi (TP Vinh)

(Baonghean.vn) - Hoà chung không khí tưng bừng, phấn khởi của hàng triệu học sinh trong cả nước chào đón năm học mới, sáng 5/9, toàn thể cán bộ, giáo viên và  hơn 700 em học sinh của Trường THCS Trường Thi (thành phố Vinh) tổ chức Lễ Khai giảng năm học 2023 - 2024 với nhiều niềm vui mới. 

Đồng chí Nguyễn Thị Thu Hường tặng hoa chúc mừng Trường Trung học Cơ sở Nguyễn Trãi nhân Lễ khai giảng năm học 2023-2024. Ảnh: Thành Chung

Đồng chí Nguyễn Thị Thu Hường dự Lễ khai giảng năm học mới tại Trường Trung học Cơ sở Nguyễn Trãi (Tân Kỳ)

(Baonghean.vn) - Tại Lễ khai giảng, thay mặt lãnh đạo tỉnh, đồng chí Nguyễn Thị Thu Hường đã tặng hoa, quà, chúc mừng Trường Trung học Cơ sở Nguyễn Trãi và gửi những lời chúc tốt đẹp nhất tới cán bộ, giáo viên, nhân viên và toàn thể học sinh nhà trường nhân dịp năm học mới.