Nhóm nghiên cứu thuộc Trung tâm Helmholtz Dresden-Rossendorf (HZDR) và Đại học Rostock của Đức vừa thu giữ nguyên vẹn kim cương nano sinh ra từ màng nhựa PET sau khi dùng tia laser, rồi chụp từng hạt dưới kính hiển vi điện tử. Đây là lần đầu họ cầm được thứ mà trước đó chỉ thấy thoáng qua.
Kim cương nano tổng hợp bằng laser. Ảnh: Material Science
Biến nhựa thành kim cương không còn là chuyện mới. Chính nhóm này đã làm được từ năm 2022, nhưng khi đó kim cương chỉ hiện ra trong tích tắc, đủ để tia X nhìn thấy, rồi biến mất khi áp suất giảm. Chưa ai giữ được một hạt nào.
Theo các tác giả, lần này họ thu giữ được kim cương nano còn nguyên vẹn, tinh chế rồi chụp ảnh. Kết quả đăng trên tạp chí Diamond and Related Materials năm 2026.
Nhựa bị nén ở áp duất gấp 800.000 lần áp suất khí quyển
Thí nghiệm chạy ở cơ sở laser ELI Beamlines gần Praha (Séc). Một xung laser dài 5 nano giây, năng lượng 25 J, đánh vào màng PET dày 100 micromet, cỡ một tờ giấy.
Sóng xung kích nén nhựa tới khoảng 80 GPa, gấp 800.000 lần áp suất khí quyển, và đẩy nhiệt lên khoảng 3.500 độ C. Carbon trong nhựa kết lại thành kim cương.
Sơ đồ bố trí thí nghiệm tại trạm thí nghiệm L4n-P3 thuộc cơ sở ELI Beamlines phía nam Praha, nơi tiến hành các thí nghiệm sản xuất kim cương nano. Nguồn: ELI Beamlines
Khó nhất nằm ở bước sau. Khi sóng xung kích chạy tới mép màng, các hạt bị hất vào chân không với tốc độ trên 10 km/giây, tương đương một vụ thiên thạch va chạm. Ở tốc độ đó, hạt dễ tan chảy hoặc biến thành than chì.
Nhóm giải quyết bằng một loại gel làm từ chất lỏng ion, tức một loại muối lỏng ngay ở nhiệt độ phòng. Gel không bay hơi trong chân không, phanh hạt đủ êm và tan được trong nước. Sau 133 xung laser, họ hòa tan gel, tách hạt bằng ly tâm rồi làm sạch bằng axit nitric.
Từ thành công này, dự kiến vào tháng 11/2026, người Đức tiến hành thực hiện thí nghiệm tạo ra BC8 - một dạng carbon mới chỉ có trên lý thuyết, chưa từng xuất hiện trên thế giới.
Theo HZDR, nó đặc hơn kim cương, có độ cứng tương đương, nhưng ít giòn hơn. BC8 không thể hình thành tự nhiên trên Trái đất vì chúng ta thiếu các điều kiện cần thiết.
Sử dụng tia laser công suất cao và áp suất thậm chí cao hơn, các nhà nghiên cứu hiện đang hướng đến việc sản xuất vật liệu này trực tiếp từ nhựa - trong một quy trình tương tự như sản xuất kim cương nano.
Kim cương nano là những hạt kim cương siêu nhỏ, thường chỉ có kích thước bằng một phần triệu milimét. Chúng cực kỳ cứng, ổn định, chịu nhiệt tốt và có khả năng ứng dụng cao trong nhiều lĩnh vực như y học, vật liệu mới, xúc tác và công nghệ năng lượng.
Nga phát minh động cơ plasma có tuổi thọ "không tưởng", vượt 2.000 giờ thử nghiệm không suy giảm lực đẩy
Bắt tay "gã khổng lồ" số 1 thế giới, Việt Nam bứt phá với siêu cảng gần 5 tỷ USD, tầm vóc hiếm có ĐNÁ
Là một công nghệ có thể mở rộng quy mô, nén laser mang lại tiềm năng lớn cho việc sản xuất kim cương nano siêu nhỏ một cách hiệu quả, sạch sẽ và bền vững.
Trong tương lai, kim cương nano được kỳ vọng sẽ đóng vai trò là các cảm biến lượng tử có độ nhạy cao, chất tương phản y tế và chất xúc tác phản ứng hiệu quả. Ví dụ, các hạt kim cương nhỏ mang lại nhiều lợi thế trong các quá trình như phân tách CO₂ bằng ánh sáng mặt trời, vì diện tích bề mặt kết hợp lớn hơn của chúng cho phép xúc tác hiệu quả hơn.
Khi được sản xuất từ nhựa, kim cương nano có thể dễ dàng được pha tạp với các nguyên tử lạ và do đó được điều chỉnh cho nhiều mục đích khác nhau. Ví dụ, điều này có thể cải thiện chất tương phản cho các xét nghiệm MRI y tế.
Mục tiêu kế tiếp của Đức là mức miligam. Nhóm kỳ vọng dùng loại laser công suất 100 J mỗi xung, 10 xung mỗi giây, vốn đang được phát triển cho nghiên cứu nhiệt hạch. Nếu sản lượng tăng và chi phí chấp nhận được, phương pháp này có thể thành lựa chọn sạch hơn so với thuốc nổ.
Tham khảo: Trung tâm Helmholtz Dresden-Rossendorf (HZDR)
