Các nhà nghiên cứu Mỹ đã thử nghiệm cơ chế hyđro hóa graphene để biến than chì thành kim cương. Ảnh: SLAC

Than chì và kim cương là 2 dạng khác nhau của cùng một nguyên tố hóa học - cácbon. Tuy nhiên, chúng sở hữu các đặc điểm rất khác nhau.

Ở than chì, các nguyên tử cácbon được sắp xếp thành những mảng 2 chiều, có thể dễ dàng trượt lên nhau. Cấu trúc này khiến vật liệu tương đối mềm và có thể được sử dụng làm các sản phẩm như ruột bút chì.

Ngược lại, ở kim cương, các nguyên tử cácbon gắn kết chặt chẽ ở mọi hướng, nên kim cương rất cứng. Ngoài sức mạnh cơ học, các đặc tính vượt trội về điện, quang học và hóa học khiến kim cương có giá trị rất lớn cho những ứng dụng công nghiệp.

Các nhà khoa học luôn muốn tìm hiểu và kiểm soát quá trình chuyển đổi cấu trúc giữa các dạng cácbon khác nhau, để có thể biến đổi dạng này thành dạng khác một cách có chọn lọc. Một cách biến than chì thành kim cương đã biết hiện nay là sử dụng áp suất. Tuy nhiên, do than chì là dạng cácbon ổn định nhất ở điều kiện bình thường, chúng ta cần phải tăng gấp 150.000 lần áp suất khí quyển trên bề mặt Trái đất mới có thể làm được điều đó.

Các nhà nghiên cứu đến từ phòng thí nghiệm SLAC, do Đại học Stanford quản lý cho Cục Khoa học thuộc Bộ Năng lượng Mỹ, vừa khám phá ra một giải pháp mới, khả thi hơn nhờ sử dụng cơ chế hyđro hóa graphene để tạo ra các màng giống kim cương siêu mỏng, mà không cần áp suất cực lớn.

Nhóm nghiên cứu đã cho thêm một vài lớp graphene, thực chất là các tấm than chì có độ dày chỉ 1 nguyên tử, vào một cột chống kim loại và cho lớp trên cùng tiếp xúc với hyđro. Kết quả thu được khiến họ sửng sốt: Phản ứng trên bề mặt đã kích hoạt hiệu ứng lôi kéo dây chuyền, làm thay đổi cấu trúc của tất cả các lớp graphene từ trạng thái than chì sang trạng thái giống kim cương.

Khám phá trên đang mở ra triển vọng về việc sản xuất đại trà các màng kim cương mỏng cho vô số ứng dụng công nghiệp khác nhau, từ công cụ cắt đến thiết bị điện tử và cảm biến điện hóa học.

Các nhà nghiên cứu dự kiến sẽ tiếp tục khám phá đầy đủ tiềm năng của graphene được hyđro hóa vài lớp. Họ cũng kỳ vọng có thể xác định được, liệu các màng giống kim cương có thể sản sinh trên những chất nền kim loại khác hay không, với graphene có các độ dày khác nhau.