Các nhà khoa học Trung Quốc tạo ra kim cương 'không thể phá vỡ' — bền gấp sáu lần hợp kim vonfram

Các nhà khoa học thuộc Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, Đại học Beihang cùng một số trung tâm nghiên cứu khác đã thành công trong việc đưa mạng lưới ba chiều gồm các ống nano cacbon đa tường (multi-walled carbon nanotubes – MWCNT) vào bên trong nền kim cương đa tinh thể. Vật liệu compozit thu được duy trì độ cứng Vickers lên tới 91,6 GPa, tương đương kim cương đơn tinh thể, đồng thởi đạt độ bền phá hủy trung bình 31,9 MPa·m1/2 và giá trị đo lớn nhất 36,4 MPa·m1/2 — cao hơn khoảng năm đến sáu lần so với kim cương đơn tinh thể thông thường và vượt xa độ bền phá hủy của nhiều hợp kim vonfram. Các nhà nghiên cứu sử dụng bột kim cương có kích thước hạt 0,8–1,3 μm và các ống nano cacbon đa tường có đường kính ngoài 10–20 nm, đường kính trong 5–10 nm, chiều dài 10–20 μm. Quá trình thiêu kết cuối cùng được thực hiện ở áp suất 15 GPa và nhiệt độ khoảng 2.000 °C, tạo ra các mẫu hình trụ đường kính khoảng 3 mm và dày 2 mm. Các ống nano còn sót lại chỉ chiếm khoảng 0,35% thể tích nhưng tạo thành một mạng lưới liên tục giữa các hạt kim cương, đóng vai trò như những sợi gia cường. Dưới áp suất cao, một số ống nano chuyển hóa một phần thành kim cương, hình thành liên kết cộng hóa trị với vật liệu nền. Khi các vết nứt xuất hiện, chúng bị buộc phải đổi hướng, phân nhánh và chuyển hướng, qua đó tiêu tốn nhiều năng lượng hơn; các ống nano bị kéo ra và tạo thành những cây cầu nối giữa các hạt đang tách rỡi. Sự kết hợp giữa độ cứng ngang kim cương và khả năng chống nứt cao khiến vật liệu này trở nên đầy hứa hẹn cho các dụng cụ cắt chống mài mòn, gốm siêu cứng và những bộ phận chịu áp suất cao cũng như tải trọng va đập, chẳng hạn trong lĩnh vực hàng không vũ trụ.