Kim cương, vật liệu tự nhiên cứng nhất, là chất dẫn nhiệt tốt nhưng không dẫn điện. Vì vậy để tạo ra vật liệu mới, các nhà khoa học Trung Quốc đã kết hợp kim cương với graphene. Cả hai đều được tạo thành từ các nguyên tử carbon nhưng graphene có tính dẫn điện cao.
Dự án do các nhà khoa học từ Đại học Trịnh Chậu, Viện Hàn lâm Khoa học Hà Nam, Đại học Ninh Ba và Đại học Cát Lâm của Trung Quốc thực hiện.
Trong báo cáo được đăng trên tạp chí Kỷ yếu Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Mỹ vào tháng 2, các nhà khoa học cho biết: "Được tạo thành từ các hạt nano kim cương liên kết với nhau cùng graphene nhiều lớp, loại kim cương tổng hợp này thể hiện tính dẫn điện cao nhất từng được ghi nhận và có độ cứng cũng như độ dẻo dai tuyệt vời".
Theo nhóm nghiên cứu, có nhiều "đất dụng võ" cho vật liệu kim cương tổng hợp này, chẳng hạn như ứng dụng trên máy bay và tàu vũ trụ, trong điều kiện khắc nghiệt có nhiệt độ cao và tính axit mạnh, cũng như trong lĩnh vực xử lý nước thải.
"Phát hiện của chúng tôi mở đường cho việc tạo ra các vật liệu kim cương cỡ lớn có tính dẫn điện và siêu cứng, dễ dàng ứng dụng thực tế trong các lĩnh vực công nghiệp liên quan", các nhà khoa học đề cập trong báo cáo.
Bằng cách sử dụng kim cương nano, các nhà khoa học đã tổng hợp các hạt kim cương siêu mịn liên kết với các lớp graphene trong điều kiện nhiệt độ và áp suất vừa phải - 12 gigapascal và 1.300 - 1.500 độ C.
Giáo sư Yang Xigui thuộc Đại học Trịnh Châu, chuyên gia về vật liệu kim cương và vật lý áp suất cao, cho biết việc sản xuất vật liệu mới này tương thích với các quy trình hiện có để sản xuất kim cương nhân tạo. Loại kim cương mới "dẻo dai tuyệt vời", nghĩa là rất khó bị nứt vỡ, phù hợp để sử dụng trong động cơ máy bay và tàu vũ trụ, vốn phải chịu áp suất và nhiệt độ cao trong quá trình hoạt động.
"Kim cương tổng hợp dẫn điện và bền, có thể hỗ trợ quá trình điện phân trong xử lý nước thải. Bên cạnh đó, nó có thể được sử dụng trong môi trường cực nóng, có tính axit hoặc kiềm cao mà vẫn duy trì hiệu suất ổn định trong thời gian dài.
Sản phẩm thử nghiệm của chúng tôi trông giống như một đồng xu có đường kính 10 - 13mm và độ dày 1 - 2mm. Graphene khiến nó có màu đen. Kích thước và hình dạng của nó có thể được điều chỉnh theo yêu cầu để phù hợp với ứng dụng liên quan", giáo sư Yang nói.
Trịnh Châu (Hà Nam, Trung Quốc) là nơi sản xuất kim cương nhân tạo trong phòng thí nghiệm lớn của thế giới. Theo China Daily, tính đến tháng 7/2023, khoảng 95% số kim cương tổng hợp trên thế giới được sản xuất tại Trung Quốc, và 80% trong số đó đến từ Hà Nam.