Phát hiện mới đảo ngược quan niệm hàng trăm năm về kim cương (Ảnh: SciTechDaily).
Kim cương nổi tiếng với khả năng chống chịu áp suất, nhiệt độ, hóa chất và sự mài mòn. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu hiện đã chứng minh rằng, khi được làm đủ mỏng, nó cũng có thể tạo ra điện khi bị uốn cong.
Một màng kim cương siêu mỏng đã tạo ra các tín hiệu điện áp ổn định dưới tác động của biến dạng cơ học, đảo ngược giả định tồn tại từ lâu rằng kim cương về cơ bản không có tính áp điện (hiện tượng một số vật liệu tự sinh ra điện tích khi chịu tác động của lực cơ học như nén, ép, uốn cong).
Nghiên cứu được dẫn dắt bởi giáo sư Zhiqin Chu thuộc Khoa Điện và Kỹ thuật Máy tính và Giáo sư Yuan Lin thuộc Khoa Kỹ thuật Cơ khí tại Đại học Hong Kong (HKU).
Trong hơn một thế kỷ qua, kim cương đã bị loại khỏi nhóm vật liệu có khả năng chuyển đổi biến dạng cơ học thành điện tích. Độ cứng, sức bền, độ dẫn nhiệt, độ bền hóa học, vận tốc âm thanh, cường độ đánh thủng điện môi và khoảng giáp năng lượng siêu rộng xuất sắc đã khiến nó trở nên có giá trị trong các thiết bị tiên tiến, nhưng thường chỉ đóng vai trò như một nền tảng cấu trúc bền vững cho các lớp áp điện riêng biệt trong các hệ thống vi cơ điện tử (MEMS). Do đó, ý tưởng tạo ra điện trực tiếp từ kim cương từng được coi là không thực tế một cách rộng rãi.
Bằng cách sử dụng phương pháp bóc tách mép mới được phát triển gần đây, các nhà nghiên cứu tại HKU đã tạo ra một màng kim cương đa tinh thể siêu mỏng và linh hoạt.
Việc làm cho vật liệu trở nên mỏng đến mức này đã cho phép kim cương vốn cứng nhắc có thể uốn cong đáng kể, và sự biến dạng đó liên tục tạo ra các tín hiệu điện áp có thể đo lường được.
Để đảm bảo các tín hiệu không đến từ sự nhiễu loạn của môi trường hoặc các yếu tố ma sát tĩnh điện do tiếp xúc và ma sát gây ra, các nhà nghiên cứu đã lặp đi lặp lại việc uốn cong màng dưới một số điều kiện được kiểm soát. Đầu ra điện ổn định và có thể tái lập đã xác nhận rằng màng kim cương thể hiện phản ứng áp điện.
Kim cương có tính tương thích sinh học, bền vững về mặt hóa học và không độc hại, làm cho hiệu ứng này tiềm năng trở nên hữu ích trong các công nghệ y tế và năng lượng. Chẳng hạn, các thiết bị cấy ghép trong tương lai có thể sử dụng các màng kim cương áp điện làm cảm biến biến dạng hoặc làm nguồn năng lượng tự tạo ra điện.
Những phát hiện này mở rộng các ứng dụng tiềm năng của kim cương vượt ra khỏi vai trò truyền thống là một vật liệu hỗ trợ cơ học. Chúng cũng có thể định hướng cho sự phát triển của các hệ thống năng lượng thu nhỏ và các thiết bị cảm biến tin cậy, hoạt động mà không cần nguồn điện bên ngoài.
