Bằng cách đốt nóng carbon đến mức 1.000 độ C, các nhà khoa học đã khám phá ra một dạng cấu trúc nguyên tố mới siêu mạnh và siêu nhẹ, nhưng đồng thời nó cũng có tính đàn hồi như cao su và có khả năng dẫn điện.

Cấu trúc carbon mới không chỉ đem đến một loạt những tính chất phi thường, mà phương pháp được sử dụng để tìm ra nó có thể dẫn đến việc khám phá ra cả một lớp vật liệu mới mà chúng ta chưa từng thấy từ trước tới nay.

Là nguyên tố “dồi dào” thứ 4 trong vũ trụ, carbon cũng là nguyên tố nhiều thứ 2 trong cơ thể chúng ta (sau oxy) và là thành phần quan trọng trong hầu hết sự sống trên Trái Đất. Khi nói đến các tính chất vật lý, có rất ít những nguyên tố có được các tính chất như carbon.

Một số cấu hình nguyên tử sẽ cho kết quả carbon ở dạng graphite mềm, dễ trơn trượt; nhưng nếu sắp xếp một cách hợp lý, bạn sẽ có được dạng kim cương của carbon - một trong những vật chất cứng nhất trên hành tinh. Và gần đây, chúng ta biết được một dạng khác của carbon là graphene, được xem là vật liệu cứng nhất mà khoa học từng biết đến.

Cấu hình kim cương của carbon

Giờ đây, các nhà nghiên cứu đã tìm ra rằng, nếu bạn đốt cháy nguyên tố này ở 1.000 độ C và đặt nó dưới áp suất gấp 250.000 lần thông thường, bạn sẽ tạo ra được một dạng carbon cực kỳ cứng nhưng cũng rất linh hoạt, có thể được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực, từ chi giả đến vật liệu làm tàu vũ trụ.

“Vật liệu nhẹ với độ bền cao và khả năng đàn hồi tốt như thế này là rất cần thiết cho những ứng dụng đòi hỏi sự tiết kiệm trọng lượng”, một trong số các nhà nghiên cứu, Zhisheng Zhao từ Đại học Yanshan của Trung Quốc.

Trong quá khứ, các nhà khoa học đã cố gắng tạo ra loại vật liệu có những tính chất tương tự, nhưng do sự kết hợp sai giữa nhiệt độ và áp suất, carbon liên tục quay trở lại cấu trúc ban đầu của nó. Hiện nay, Zhao và nhóm của ông cuối cùng đã tìm ra những điều kiện tối ưu, giúp thúc đẩy carbon liên kết, hợp nhất trong một loạt các cấu hình.

Kết quả thu được là một dạng carbon mới, nó chứa cả cấu hình giống graphene và cấu hình giống kim cương, đi kèm với các lớp graphene, giúp tạo sự mềm mại và sức mạnh cùng lúc.

Trong hình ảnh bên dưới, bạn có thể nhìn thấy ba dạng khác nhau có chứa trong loại vật liệu mới này, với các quả cầu màu đỏ tượng trưng cho các liên kết giống với kim cương, và các quả cầu màu đen tượng trưng cho các lớp của graphene.

Loại vật liệu này hiện đang được biết đến với tên gọi “carbon thủy tinh nén”.

Theo các chuyên gia, dạng carbon mới này có khả năng chịu sức nén vượt trội - gấp hai lần loại vật liệu ceramic thông thường đang được sử dụng, cùng với đó là khả năng đàn hồi, giúp nó ứng phó với những biến dạng cục bộ.

Độ đàn hồi của loại carbon mới này vượt trội hơn cả cao su hữu cơ, silica và thậm chí là cả loại dây dẫn titan-nicken. Nó cứng hơn gấp khoảng 5 lần so với kim loại và hợp kim thông thường.

Chúng ta sẽ phải chờ xem liệu ngành công nghiệp nào sẽ “để mắt” tới loại vật liệu mới này, còn trong lúc này, các nhà nghiên cứu mong rằng với kỹ thuật tương tự như trên có thể giúp chúng ta tìm ra hàng loạt những vật liệu mới mà chưa từng được biết đến.

“Chúng tôi tin rằng phương pháp tổng hợp này có thể tạo ra những dạng carbon đặc biệt khác, thậm chí là cả một lớp vật liệu mới hoàn toàn khác biệt”, Zhao nói.

Tham khảo Sciencealert

Trong khi các nước giàu còn đắn đo, một trong những quốc gia nghèo nhất thế giới đã chuẩn bị áp thuế khí thải carbon

Nguyễn Tuấn Tài