Nhóm nghiên cứu từ Đại học Brown của Mỹ đã thành công trong việc tạo ra kim loại siêu cứng bằng cách đập các hạt nano siêu nhỏ vào nhau.
Có nhiều cách để làm cho một khối kim loại cứng hơn. Các nhà luyện kim có thể xoắn nó, uốn cong, ép bằng máy cán hoặc đơn giản là đập bẹt bằng búa. Những phương pháp này có một điểm chung là hoạt động bằng cách phá vỡ cấu trúc hạt của kim loại. Hạt nhỏ hơn sẽ tạo ra kim loại cứng hơn.
Giờ đây, các nhà nghiên cứu từ Đại học Brown do Phó giáo sư Ou Chen dẫn đầu đã tìm ra một cơ chế khác để tạo ra kim loại siêu cứng. Thay vì phá vỡ cấu trúc khối kim loại "từ trên xuống", phương pháp mới tùy chỉnh cấu trúc hạt nano của kim loại "từ dưới lên", theo mô tả trên tạp chí Chem hôm 22/1.
Cụ thể, nhóm của Chen đã đập và nén các hạt nano kim loại siêu nhỏ với nhau để tạo thành một khối rắn lớn hơn, có thể đạt kích thước bằng đồng xu. Thử nghiệm cơ học cho thấy vật thể kim loại được sản xuất bằng kỹ thuật này cứng hơn gấp bồn lần so với cấu trúc tự nhiên của nó.
Một "đồng tiền vàng" được cấu thành từ các khối xây dựng hạt nano. Ảnh: Đại học Brown.
"Các phương pháp làm cứng kim loại 'từ trên xuống' như dùng búa đập rất khó để kiểm soát kích thước hạt mà bạn muốn đạt được. Những gì chúng tôi làm là tạo ra các khối xây dựng từ hạt nano bằng cách ép chúng. Phương pháp này cho phép điều chỉnh kích thước hạt đồng đều nhất có thể để tăng cường các đặc tính của kim loại", Chen cho biết.
Chìa khóa của quá trình còn nằm ở cách xử lý các khối xây dựng hạt nano về mặt hóa học. Hạt kim loại thường bị bao phủ bởi các ion hay phân tử liên kết, được gọi là phối tử, thứ cản trở sự hình thành liên kết kim loại - kim loại giữa các hạt. Nhóm của Chen đã tìm ra cách loại bỏ những phối tử đó, cho phép các hạt kim loại hợp nhất với nhau dễ dàng hơn.
Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã thử nghiệm kỹ thuật mới với nhiều kim loại khác nhau như vàng, bạc, đồng, hay paladi, và về mặt lý thuyết, nó có thể áp dụng với mọi loại kim loại, kể cả kim loại vô định hình.
Chen hy vọng một ngày nào đó kỹ thuật sản xuất kim loại siêu cứng của họ có thể được ứng dụng rộng rãi cho các sản phẩm thương mại. Công trình của nhóm hiện đã được cấp bằng sáng chế.
Đoàn Dương (Theo Science Daily
