Phát hiện điều không tưởng ở kim cương, thách thức quan niệm hơn 100 năm qua

Kim cương từ lâu được biết đến là vật liệu có độ cứng và độ bền hàng đầu thế giới. Tuy nhiên, các nhà khoa học vừa phát hiện một đặc tính hoàn toàn mới của vật liệu này. Khi được chế tạo thành màng siêu mỏng và uốn cong, kim cương có thể tạo ra điện. Điều này bác bỏ quan điểm tồn tại hơn một thế kỷ rằng kim cương không có tính áp điện.

Phát hiện được thực hiện bởi nhóm nghiên cứu tại Đại học Hong Kong do Giáo sư Zhiqin Chu và Giáo sư Yuan Lin dẫn đầu

Nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công một màng kim cương đa tinh thể siêu mỏng, đủ linh hoạt để có thể uốn cong. Trong các thí nghiệm, mỗi lần màng kim cương bị bẻ cong đều tạo ra một hiệu điện thế có thể đo được.

Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng áp điện. Đây là khả năng tạo ra điện khi vật liệu chịu tác động cơ học như nén, kéo hoặc uốn. Các vật liệu áp điện hiện được ứng dụng rộng rãi trong cảm biến, bộ truyền động và các thiết bị thu hồi năng lượng.

Trong hơn 100 năm qua, giới khoa học cho rằng kim cương không thể có đặc tính này, dù sở hữu độ bền cơ học rất cao, khả năng dẫn nhiệt tốt và tính ổn định hóa học vượt trội. Vì vậy, kim cương chủ yếu chỉ được sử dụng làm vật liệu nền trong các hệ thống vi cơ điện tử.

Để kiểm chứng giả thuyết mới, các nhà nghiên cứu sử dụng kỹ thuật tách lớp ở mép vật liệu để tạo ra những màng kim cương siêu mỏng có khả năng uốn cong đáng kể. Qua nhiều lần thử nghiệm trong điều kiện được kiểm soát chặt chẽ, nhóm nghiên cứu xác nhận các màng kim cương liên tục tạo ra điện áp ổn định. Đồng thời, họ cũng loại trừ khả năng tín hiệu điện xuất phát từ ma sát hoặc các tác động từ môi trường.

Mô phỏng trên máy tính cho thấy nguồn gốc của hiện tượng này nằm ở ranh giới giữa các tinh thể siêu nhỏ trong màng kim cương. Khi vật liệu bị uốn cong, điện tích sẽ tích tụ tại các ranh giới này, tạo ra sự chênh lệch điện áp giữa hai bề mặt của màng.

Theo nhóm nghiên cứu, phát hiện mới có thể mở rộng đáng kể phạm vi ứng dụng của kim cương trong công nghệ cao.

Nhờ đặc tính tương thích sinh học, ổn định về mặt hóa học và không độc hại, màng kim cương áp điện có tiềm năng được sử dụng để chế tạo các thiết bị y tế cấy ghép có thể theo dõi biến dạng của mô hoặc tự tạo ra một phần năng lượng để hoạt động.

Ngoài lĩnh vực y tế, vật liệu này cũng được kỳ vọng sẽ được ứng dụng trong các cảm biến siêu nhỏ và hệ thống thu hồi năng lượng, giúp thiết bị hoạt động mà không cần pin bên ngoài. Đây được xem là bước tiến đáng chú ý trong quá trình phát triển các thiết bị điện tử thế hệ mới có kích thước siêu nhỏ và tiêu thụ năng lượng thấp.

Theo Wonderfull Engineering