Liệu phát hiện này có đủ để thay đổi cách ngành vật liệu nhìn nhận kim cương sau hơn một thế kỷ, hay vẫn cần thêm nhiều nghiên cứu trước khi có thể ứng dụng đại trà?
Ngày 18/03/2026, tạp chí khoa học Science Advances công bố nghiên cứu Uncovering piezoelectric effect in polycrystalline diamond membranes do nhóm nghiên cứu từ Đại học Hong Kong (HKU) thực hiện. Công trình đã chứng minh rằng các màng kim cương đa tinh thể siêu mỏng và siêu linh hoạt có thể tạo ra điện áp ổn định khi bị uốn hoặc biến dạng cơ học, thể hiện hiệu ứng áp điện mà trước đây được cho là không tồn tại ở kim cương.
Trong hơn 100 năm, kim cương được xem là vật liệu không có tính áp điện do cấu trúc tinh thể đối xứng. Chính vì vậy, vật liệu này chủ yếu được sử dụng làm nền cơ học hoặc tản nhiệt trong các hệ thống vi cơ điện tử MEMS thay vì trực tiếp tạo ra điện năng. Phát hiện mới đã thách thức quan điểm khoa học lâu đời này.
Nhóm nghiên cứu HKU đã sử dụng kỹ thuật bóc tách mép để chế tạo màng kim cương đa tinh thể có độ dày chỉ vài micromet. Khi màng bị uốn cong, các phép đo nhiều lần trong điều kiện được kiểm soát đều ghi nhận tín hiệu điện áp ổn định và có khả năng lặp lại, giúp loại trừ khả năng tín hiệu chỉ xuất phát từ nhiễu hoặc hiệu ứng ma sát điện.
Theo phân tích mô phỏng ở cấp độ nguyên tử, nguyên nhân tạo nên hiệu ứng áp điện không đến từ tinh thể kim cương hoàn hảo mà xuất phát từ sự bất đối xứng tại các ranh giới hạt trong màng đa tinh thể. Khi vật liệu bị biến dạng, điện tích phân cực tích tụ tại các ranh giới này, tạo ra hiệu điện thế giữa hai bề mặt của màng.
Một trong những kết quả đáng chú ý là mẫu màng dày khoảng 5 micromet đạt hệ số điện áp áp điện khoảng 82,2 mV·m/N, được nhóm nghiên cứu đánh giá là vượt nhiều vật liệu áp điện truyền thống xét theo chỉ số điện áp. Đồng thời, mẫu thử vẫn duy trì hoạt động sau hàng nghìn chu kỳ uốn liên tiếp.
Bảng so sánh
Tiêu chí Kim cương trước đây Màng kim cương đa tinh thể theo nghiên cứu HKU
Quan điểm khoa học Không có tính áp điện Có hiệu ứng áp điện khi biến dạng
Cấu trúc nghiên cứu Kim cương khối thông thường Màng siêu mỏng đa tinh thể
Khả năng tạo điện Không Có điện áp ổn định khi uốn
Ứng dụng tiềm năng Nền cơ học, tản nhiệt Cảm biến, MEMS, thiết bị đeo, thu hồi năng lượng
Nếu kết quả này tiếp tục được xác nhận và tối ưu hóa trong các nghiên cứu độc lập, kim cương có thể mở rộng vai trò từ một vật liệu cơ học và điện tử cao cấp sang nền tảng cho các cảm biến siêu bền, thiết bị y tế, điện tử đeo trên người và các hệ thống thu hồi năng lượng từ chuyển động không cần nguồn điện ngoài. Tuy nhiên, nghiên cứu hiện mới chứng minh hiệu ứng trên các màng kim cương đa tinh thể siêu mỏng trong điều kiện phòng thí nghiệm. Việc thương mại hóa vẫn cần thêm thời gian để đánh giá khả năng sản xuất quy mô lớn, chi phí chế tạo và độ tin cậy trong môi trường thực tế.
(Feed generated with FetchRSS)