Các nhà hóa học Nga làm sáng tỏ vật liệu nào có thể thay thế kim cương

© Sputnik / Iliya Pitalev / Chuyển đến ngân hàng ảnhViên kim cương của tập đoàn "Alrosa"
Viên kim cương của tập đoàn Alrosa - Sputnik Việt Nam
Việc phân tích toàn bộ bảng tuần hoàn Mendeleev bằng các thuật toán độc đáo đã giúp các nhà hóa học từ Đại học Vật lý và Công nghệ Matxcơva MIPT và Skoltech tạo ra danh sách các ứng cử viên cho vai trò vật liệu thay thế kim cương trong các giàn khoan và các công cụ khác.

Danh sách những "kẻ giết kim cương" được công bố trên Journal of Applied Physics.

“Chúng tôi đã tạo ra một loại bản đồ lộ trình để giúp các nhà thử nghiệm chọn được hướng đúng trong quá trình tìm kiếm các vật liệu siêu cứng mới. Các phương pháp tính toán độc đáo giúp chúng tôi đơn giản hóa quá trình tìm kiếm để nhận kết quả chính xác hơn, rẻ hơn và nhanh hơn”, - ông Alexander Kvashnin, nhân viên của Skoltech và đại học MIPT cho biết.

Các tính chất hóa học, cấu trúc và nhiều đặc điểm khác của tất cả các phân tử phức tạp có tầm quan trọng đối với con người được xác định bằng cách các nguyên tử của chúng tương tác với nhau như thế nào, vỏ điện tử và các yếu tố bên ngoài khác của chúng được sắp xếp như thế nào, nhiệt độ và áp suất ảnh hưởng như thế nào đến tất cả những yếu tố này.

Mặc dù trên thực tế chỉ có các định luật vật lý khá đơn giản quản lý hoạt động của tất cả các yếu tố trong phân tử, nhưng, việc dự đoán tính chất hoặc hành vi của chúng là một nhiệm vụ vô cùng khó khăn. Điều này là do thực tế rằng, việc bổ sung mỗi electron mới làm phức tạp thêm cho các phép tính. Đây là nguyên nhân tại sao ngay cả các siêu máy tính mạnh nhất không thể xác định tính chất của các tinh thể và phân tử đơn giản nhất.

Viên kim cương Màu tím cao quý nặng 11,06 carat, chế tác theo kiểu Cushion, được trưng bày tại triển lãm kim cương của tập đoàn Alrosa,  - Sputnik Việt Nam
Phép màu quý giá: Kim cương được chế tác như thế nào?

Nhà hóa học nổi tiếng của Nga Artem Oganov đã giải quyết vấn đề này vào năm 2004 bằng cách tạo ra thuật toán tiến hóa USPEX dự đoán cấu trúc, cho phép tính toán nhanh chóng và chính xác các tính chất của tinh thể trong các chất khác nhau ở các nhiệt độ và áp suất khác nhau "chỉ sử dụng công thức hóa học và tên nguyên tố".

Trong những năm sau đó, ông Oganov, cũng như bốn nghìn nhà khoa học khác, đã sử dụng thuật toán này để khám phá ra rất nhiều chất, bao gồm các chất siêu dẫn dựa trên Uranium, vật liệu vonfram bền bất thường, chất nổ hoàn hảo từ nitơ và crom, và nhiều loại vật liệu khác.

Trong tác phẩm khoa học mới, các tác giả Oganov, Kvashnin và Zahed Allahyari, một nghiên cứu sinh tại Skoltech, đã sử dụng phiên bản mới của USPEX để giải quyết một nhiệm vụ thậm chí phức tạp hơn - tìm ra một vật liệu không thua kém kim cương về độ cứng và chống mài mòn.

Trong cuộc nghiên cứu này, các nhà khoa học đã sử dụng hầu như toàn bộ bảng tuần hoàn, kết hợp những nguyên tố khác nhau trong nỗ lực tìm kiếm một sự thay thế xứng đáng cho kim cương.

© Sputnik / Iliya Pitalev / Chuyển đến ngân hàng ảnhViên kim cương của tập đoàn "Alrosa"
Các nhà hóa học Nga làm sáng tỏ vật liệu nào có thể thay thế kim cương - Sputnik Việt Nam
Viên kim cương của tập đoàn "Alrosa"

Cho đến nay, không có vật liệu nào mà các nhà khoa học biết đến hoặc dự đoán sánh được với kim cương về độ cứng và khả năng chịu lực. Tuy nhiên, một số chất không được biết trước đây có triển vọng khá hứa hẹn để tổng hợp chúng.

Vương miện hoàng đế cỡ đại, năm 1762. Vàng, bạc, kim cương, ngọc trai, hợp kim spinel. - Sputnik Việt Nam
Kho báu của Quỹ Kim cương Nga

Điều quan trọng là thuộc tính của tất cả các vật liệu siêu cứng đã được dự đoán với độ chính xác hơn 90%. Điều đó cho thấy rằng, thuật toán hoạt động rất chính xác. Tức là thuật toán này có thể được sử dụng để tiếp tục tìm kiếm vật liệu mới thích hợp cho ngai vàng của vật liệu cứng nhất và bền nhất.

Ví dụ, các nhà khoa học bất ngờ phát hiện ra những tính chất này trong mangan hydride. Và trước đây cả ông Oganov và các đồng nghiệp của ông đều cho rằng, vật liệu này không thể có pha rắn. Tuy nhiên, hóa ra mangan hydride có độ cứng lớn hơn stishovite, một dạng silicon dioxide siêu cứng hình thành do cú va chạm của các thiên thạch vào trái đất, mặc dù khả năng chống mài mòn của nó là nhỏ hơn.

Ông Kvashnin cho biết rằng, ông đang tham gia vào dự án tổng hợp vonfram pentaboride, một trong những chất siêu cứng có đặc điểm giống như kim cương. Ông hy vọng rằng, những thí nghiệm này, cũng như các tính toán tiếp theo có sử dụng USPEX, sẽ giúp các nhà khoa học hiểu được, cơ chế nào kiểm soát độ cứng và độ bền của các vật liệu khác nhau để tạo ra một đối thủ xứng tầm với kim cương.

© Sputnik / Iliya Pitalev / Chuyển đến ngân hàng ảnhNhững viên kim cương của công ty “Kim cương Alrosa” tại cuộc triển lãm kim cương
Các nhà hóa học Nga làm sáng tỏ vật liệu nào có thể thay thế kim cương - Sputnik Việt Nam
Những viên kim cương của công ty “Kim cương Alrosa” tại cuộc triển lãm kim cương
Tin thời sự
0
Để tham gia thảo luận
hãy kích hoạt hoặc đăng ký
loader
Phòng chat
Заголовок открываемого материала