Phương pháp đột phá này không cần sử dụng áp suất cao hay hạt kim cương ban đầu, mở ra một hướng đi mới cho ngành công nghiệp kim cương nhân tạo. Nghiên cứu được dẫn dắt bởi Rodney Ruoff tại Viện Khoa học Cơ bản ở Hàn Quốc, đã được đăng tải trên tạp chí Nature vào tháng 4 vừa qua.

Khác với phương pháp truyền thống HPHT (áp suất cao, nhiệt độ cao) yêu cầu điều kiện khắc nghiệt để tạo ra kim cương, kỹ thuật mới hoạt động ở áp suất khí quyển bình thường. HPHT, mặc dù hiệu quả, nhưng đòi hỏi áp suất lên tới vài gigapascal và nhiệt độ vượt quá 1.500 độ C, khiến việc sản xuất trở nên phức tạp và tốn kém. Phương pháp mới của nhóm nghiên cứu đã loại bỏ các yếu tố này, tạo ra một bước đột phá lớn trong công nghệ tổng hợp kim cương.

Những viên kim cương được chế tạo bằng kỹ thuật mới. Ảnh: Viện Khoa học Cơ bản Hàn Quốc

Để thực hiện quá trình này, các nhà khoa học đã sử dụng gallium đun nóng bằng điện với một chút silicon trong nồi nấu bằng than chì. Gallium được chọn do khả năng xúc tác của nó trong việc hình thành graphene từ metan, một dạng carbon giống kim cương nhưng có cấu trúc nguyên tử khác. Trong buồng nấu tự chế với áp suất khí quyển bình thường, khí metan giàu carbon được xả qua hỗn hợp này.

Nhóm nghiên cứu phát hiện rằng, hỗn hợp gallium-niken-sắt kết hợp với một lượng nhỏ silicon là tối ưu cho quá trình xúc tác hình thành kim cương. Chỉ sau 15 phút, kim cương đã bắt đầu hình thành ở đáy nồi nấu. Sau hai tiếng rưỡi, một màng kim cương hoàn chỉnh đã xuất hiện, với độ tinh khiết cao nhưng chứa một vài nguyên tử silicon.

Phương pháp mới cho thấy nhiều ưu điểm vượt trội so với HPHT. Nó không chỉ loại bỏ nhu cầu về áp suất và nhiệt độ cao mà còn giảm thời gian tổng hợp kim cương từ vài tuần xuống còn vài giờ. Vì vậy tiềm năng ứng dụng trong công nghiệp và nghiên cứu là rất lớn. Tuy nhiên, những viên kim cương tạo ra bằng phương pháp này hiện quá nhỏ để sử dụng làm trang sức.

Những phát hiện này mở ra hướng đi mới cho ngành công nghiệp kim cương và gợi mở nhiều khả năng nghiên cứu trong lĩnh vực vật liệu carbon. Theo Rodney Ruoff, ý tưởng về phương pháp này đã được ông ấp ủ hơn một thập kỷ và giờ đây, những nỗ lực đó đã gặt hái được những kết quả đáng khích lệ.

Đây là một bước tiến quan trọng trong khoa học vật liệu, hứa hẹn mang lại những ứng dụng mới và hiệu quả hơn trong sản xuất kim cương nhân tạo. Các nhà khoa học kỳ vọng rằng, với những cải tiến và phát triển tiếp theo, phương pháp này có thể được thương mại hóa và ứng dụng rộng rãi trong tương lai gần.