Kim cương có còn là vật liệu cứng nhất thế giới?

Nhờ sự phát triển của khoa học và công nghệ, con người đã tìm ra vật chất cứng hơn cả kim cương.

Từ ” kim cương ” có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp là ” ἀδάμας ” ( đọc là adamas ), có nghĩa là không hề phá vỡ. Trong nhiều thập kỷ, con người đã sử dụng triệt để độ cứng của kim cương nhằm mục đích cắt gọt những vật liệu khác. Ngoài ra, với năng lực tương tác tốt với ánh sáng, kim cương cũng là món đồ trang sức đẹp được phái nữ vô cùng thèm muốn. Nhưng đây có phải là vật liệu cứng nhất trên toàn cầu ?

Vật liệu tự nhiên cứng nhất trên trái đất

Khi nói đến các vật liệu tự nhiên cứng nhất, kim cương chắc chắn không có đối thủ. Nhờ kết cấu nhỏ gọn nên độ cứng của kim cương rất khó bị đánh bại. Một trong những cách đo độ cứng được sử dụng phổ biến nhất là thang đo Mohs.

Đây là thứ được phong cách thiết kế bởi nhà khoáng vật học người Đức Friedrich Mohs vào thế kỷ 19. Thang đo này đặc trưng cho đặc thù chống lại vết trầy ở những khoáng vật khác nhau dựa trên đặc thù khoáng vật có độ cứng lớn hơn sẽ làm trầy khoáng vật có độ cứng nhỏ hơn. Nó phân định độ cứng của vật liệu từ 0 đến 10, với 10 điểm là độ cứng cao nhất ( ít bị tác động ảnh hưởng bởi vết xước nhất ) và 0 là có độ cứng thấp nhất .

Kim cương đứng đầu trên thang đo độ cứng Mohs.

Kim cương đạt điểm 10 tuyệt vời và hoàn hảo nhất trong thang điểm này và cho thấy rằng đây là vật liệu tự nhiên cứng nhất. Để hiểu được kim cương cứng như thế nào, bạn cần biết rằng thép chỉ đạt 4,5 điểm trong thang đo độ cứng Mohs .
Đến gần đây, khi thang đo độ cứng Mohs không được giới khoa học nhìn nhận là đúng mực nữa và người ta chuyển sang cách sử dụng bài kiểm tra độ cứng Vickers. Với giải pháp này, kim cương vẫn được xác nhận là vật liệu tự nhiên cứng nhất trên toàn cầu .
Kim cương là một dạng thù hình của Carbon, được tạo thành từ năm nguyên tử Carbon san sẻ những electron với nhau trong cấu trúc mạng tinh thể tứ diện. Liên kết cộng hóa trị giữa những nguyên tử Carbon này là rất bền và khó bị phá vỡ ở nhiệt độ phòng .
Do link cộng hóa trị bền chặt này, kim cương không có những electron tự do, khiến nó trở nên dẫn điện kém nhưng lại dẫn nhiệt rất tốt. Trên thực tiễn, vật liệu này dẫn nhiệt tốt hơn đồng khoảng chừng 5 lần .

Kim cương không phải vật liệu bất khả chiến bại?

Tuy rất cứng trong nhiệt độ phòng nhưng kim cương lại trở nên dễ bị tổn thương ở nhiệt độ cao. Khi bạn nung vật liệu này trên 800 độ C, những đặc thù hóa học cũng như vật lý của nó sẽ không còn như cũ, độ bền đặc trưng bị tổn hại. Vào lúc này, chúng khởi đầu phản ứng hóa học với sắt và đây là điều khiến kim cương không được yêu thích để gia công thép .
Do đặc tính không bền ở nhiệt độ cao của kim cương, những nhà khoa học từ lâu đã tìm kiếm một loại vật liêu siêu cứng, có tính không thay đổi hóa học tốt hơn. Vào năm 2009, những điều tra và nghiên cứu tại Đại học giao thông vận tải Thượng Hải ( Trung Quốc ) và ĐH Nevada ( Mỹ ) đã công bố tìm thấy 2 vật liệu hoàn toàn có thể vượt mặt kim cương về độ cứng. Đó là Wurtzite boron nitride ( w-BN ) và Lonsdaleite .

Hiện tại, kim cương vẫn giữ được vị trí vật liệu cứng nhất thế giới.

w-BN có cấu trúc tựa như với kim cương nhưng nó còn có thêm Boron và Nitơ. Vật liệu này cực kỳ hiếm, chỉ hoàn toàn có thể được tìm thấy sau một đợt phun trào núi lửa nhất định. Các nhà khoa học cho rằng w-BN cứng và không thay đổi về mặt hóa học hơn kim cương ở nhiệt độ cao .
Lonsdaleite cũng được tạo ra từ carbon giống như kim cương, mặc dầu có cấu trúc khác. Các nhà khoa học cho rằng vật liệu này còn mạnh hơn cả w-BN. Điều mê hoặc là Lonsdaleite là chất trong thiên hà được tìm thấy khi một thiên thạch giàu than chì va vào toàn cầu. Các mô phỏng khoa học lúc bấy giờ cho thấy vật liệu này cứng hơn kim cương 58 % và khiến nó trở thành thứ cứng nhất trên Trái Đất .

Có một điểm đáng chú ý là w-BN và Lonsdaleite được cho rằng mạnh hơn kim cương nhưng tất cả tuyên bố mới chỉ dựa trên chương trình mô phỏng chạy trên máy tính chứ không phải xác minh vật lý.

Lý do là những nguyên tố này cực kỳ khó tìm nên những chuyên viên vẫn chưa kiểm tra vật lý để xác lập độ cứng của chúng. Theo những mô phỏng máy tính, cả w-BN và Lonsdaleite đều có tính không thay đổi nhiệt rất tốt .
Tuy nhiên, kim cương dù có phải là vật liệu cứng nhất thế giới hay không thì nó vẫn là vua của những loại đá quý. Đến lúc bấy giờ, khi những nhà khoa học vẫn chưa xác nhận được độ cứng w-BN và Lonsdaleite bằng những bài kiểm tra vật lý thì kim cương vẫn giữ được vị trí vật liệu cứng nhất thế giới của mình .

Theo Nguyễn Dương (VNReview)/Zing.vn
Zing đặt lại tiêu đề bài viết

Source: https://suanha.org
Category: Vật Liệu