Kim cương là loại vật liệu tự nhiên rắn nhất trên Trái Đất. Nó cũng là vật liệu nổi tiếng có độ cứng cao, độ dẫn nhiệt đặc biệt, khả năng kháng hóa chất và độ trong suốt quang học cao. Mặc dù với những đặc tính đáng chú ý này làm cho kim cương rất được ưa chuộng cho các ứng dụng khoa học và công nghệ, tuy nhiên tiến trình này bị chậm lại do tính giòn của nó.
Một nghiên cứu gần đây đã xác định được rằng kim cương có thể uốn cong và kéo dãn được khi chế tạo nó thành hình các mũi kim siêu nhỏ.
Bước đột phá này của nhóm nghiên cứu của Giáo sư Feng Ding, Trung tâm Vật liệu Carbon đa chiều (CMCM), thuộc Viện Khoa học cơ bản (IBS) tại UNIST, phối hợp cùng với một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), Đại học Hồng Kông và Đại học Công nghệ Nanyang. Các kết quả của nghiên cứu đã được báo cáo trên tạp chí Science gần đây.
Nhóm nghiên cứu đã chứng minh được rằng các mũi kim kim cương có kích cỡ nano của họ có thể uốn cong và kéo dãn dài ra tới 9% mà không bị phá vỡ, và đặc biệt nó có thể trở lại hình dạng ban đầu của chúng. Phát hiện của họ hoàn toàn thay đổi những khám phá trước đó về độ giòn của kim cương. Kết quả nghiên cứu này cũng có thể mở ra những ứng dụng tiềm năng chưa từng có cho việc điều chỉnh các đặc tính quang học, quang học, từ tính, phononic và xúc tác của nó thông qua kỹ thuật biến dạng đàn hồi.
Kim cương có độ co giãn cực cao của là do các khiếm khuyết bên trong cấu trúc tinh thể của chính nó. Theo các nhà nghiên cứu, kim cương kích thước lớn thì giới hạn kéo căng dưới 1%.
Trong nghiên cứu này, nhóm của Giáo sư Ming sau khi nghiên cứu tính toán tính chất hóa học và phân tích cấu trúc tinh thể của kim cương và đã kết luận rằng các mũi kim kim cương kích cỡ nano này có độ co giãn siêu tốt là do có một số lượng nhỏ các khiếm khuyết (độ hụt) bên trong cấu trúc và bề mặt nhẵn tương đối.
Theo giáo sư Ding cho biết:“Kim cương, tự nhiên hoặc nhân tạo, đều có các khiếm khuyết bên trong cấu trúc tinh thể của chúng. Khi những khuyến khuyết nó ở sát bên ngoài bề mặt, chúng có thể nứt và cuối cùng bị vỡ”.
Thông qua các mô phỏng chi tiết, Giáo sư Ding đã xác định chính xác các mũi kim kim cương có thể chịu đựng được ứng lực và mức kéo căng trong phạm vi giới hạn là bao nhiêu.
Ông đã xác định được ứng suất cục bộ tối đa tương ứng gần với giới hạn lý thuyết đã biết của viên kim cương hoàn hảo không bị lỗi cấu trúc. Ông lưu ý rằng kim cương không bị lỗi cấu trúc có thể kéo dãn tới 12% mà không bị phá vỡ.
“Cây kim kim cương có thể kéo dãn dài và uốn cong tới 9% mà không bị vỡ”, ông cho biết.
Như vậy, nhóm nghiên cứu Đại học Thành phố Hồng Kông đã thành công trong việc chế tạo các mũi kim kim cương nano bằng cách kỹ thuật khắc dùng plasma và dùng kính hiển vi điện tử để thí nghiệm với chúng. Từ kết quả thu được, nhóm nghiên cứu có thể chứng minh được độ đàn hồi co giãn, có thể tự phục hồi lại nguyên trạng thái ban đầu của các mũi kim kim cương tinh thể đơn và đa giác có kích cơ na nô (~300 nano met) này.
Nhóm nghiên cứu hy vọng rằng những phát hiện của họ có thể giúp tăng hiệu suất trong các ứng dụng, bao gồm tạo ảnh sinh học và cảm biến sinh học, bộ cộng hưởng cơ học nano, phân phối thuốc, lưu trữ dữ liệu và các thiết bị cơ điện, cũng như các cấu trúc nano siêu mạnh. Bên cạnh đó, Giáo sư Ding lưu ý rằng biến dạng đàn hồi lớn trong kim cương kích thước nano sẽ phù hợp để sử dụng trong các màn hình thế hệ mới mềm dẻo và có thể gập lại được.
P.T.T (NASATI)