Artificial diamond five times tougher than natural diamond

[Reading level: B2 – Upper Intermediate]

Diamond is one of the hardest materials in nature, but it has one major weakness: it is quite brittle and can crack or break when subjected to strong impacts. Chinese scientists have recently found a way to overcome this weakness by creating a network of carbon nanotubes inside diamond, making the material about five times more resistant to fracture while maintaining its original hardness.

According to the South China Morning Post (SCMP), a research team from the Chinese Academy of Sciences and Beihang University has developed a new type of artificial diamond by integrating a three-dimensional network of carbon nanotubes into its structure. The research was published in the journal Nature Synthesis.

Why can diamond still break?

The extremely strong carbon bonds that give diamond its famous hardness also make its structure less flexible. When a sufficiently strong force is applied to a weak crystal plane, a crack can form and quickly spread.

In the past, scientists tried to modify the microstructure of diamond to make it tougher. However, improving its resistance to fracture often came at the cost of reduced hardness.

The research team led by Jiawei Zhang, Keliang Qiu, and Xiaohui Yu chose a different approach: incorporating multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) into the diamond. These nanotubes are extremely small, measuring only about 1/10,000 the width of a human hair, but their tensile strength is dozens of times greater than that of steel.

Tiny “steel reinforcement” inside diamond

The scientists mixed diamond powder with carbon nanotubes and then treated the mixture at a temperature of about 2,000°C and a pressure of up to 15 GPa, equivalent to approximately 150,000 times atmospheric pressure.

These conditions were sufficient to bond the two materials together while allowing the nanotubes to retain their fibrous structure. After the process, they formed strong chemical bonds with the diamond at the atomic level and created a continuous three-dimensional network.

This structure can be compared to reinforced concrete: the diamond acts as an extremely hard base material, while the carbon nanotubes serve as tiny reinforcing bars that help prevent cracking and breaking.

When subjected to impact, the nanotube network helps distribute mechanical stress throughout the material instead of allowing it to concentrate at a single point. The nanotubes also prevent cracks from spreading and absorb some of the energy, significantly increasing the material’s resistance to fracture.

Tests showed that the new material has a hardness of about 91.6 GPa, comparable to that of conventional single-crystal diamond. Meanwhile, its fracture toughness reaches 36.4 MPa·m¹ᐟ², about five times higher than that of conventional diamond and even greater than that of some high-strength tungsten alloys.

From drill bits to aerospace applications

According to Interesting Engineering, the new diamond has potential applications in many fields that require materials to be both extremely hard and highly resistant to impact.

Today, diamond is widely used in cutting tools, precision grinding, and drilling equipment because of its excellent resistance to wear. However, its brittleness means that these tools can crack or break when subjected to strong forces.

The new material could be used to manufacture ultra-hard cutting tools, geological drill bits, and aerospace components that are regularly exposed to friction, wear, and impact.

If it can be produced on a large scale, this technology could pave the way for a new generation of materials combining two properties that are normally difficult to achieve at the same time: the hardness of diamond and fracture resistance approaching that of strong metal alloys.

Source: Vnexpress.net

WORD BANK:

brittle /ˈbrɪt̬.əl/ [C2] (adj): giòn, dễ gãy/vỡ

be subjected to sth /bi səbˈdʒek.tɪd tə/ (phrase): phải chịu, bị tác động bởi cái gì

carbon nanotube /ˈkɑːr.bən ˈnæ.noʊ.tuːb/ (n): ống nano carbon

resistant to sth /rɪˈzɪs.tənt tə/ [B2] (adj): có khả năng chống lại, chịu được cái gì

integrate sth into sth /ˈɪn.t̬ə.ɡreɪt/ [C1] (v): tích hợp cái gì vào cái gì

three-dimensional /ˌθriː.dɪˈmen.ʃən.əl/ (adj): ba chiều, 3D

bond /bɑːnd/ [B2] (v, n): liên kết; mối/liên kết

flexible /ˈflek.sə.bəl/ [B2] (adj): linh hoạt, dẻo, dễ uốn

sufficiently /səˈfɪʃ.ənt.li/ [B2] (adv): đủ, một cách đầy đủ

apply sth to sth /əˈplaɪ/ [B1] (v): áp dụng cái gì vào cái gì; tác dụng cái gì lên cái gì

crystal plane /ˈkrɪs.təl pleɪn/ (n): mặt phẳng tinh thể

crack /kræk/ [B2] (n, v): vết nứt; nứt, làm nứt

modify /ˈmɑː.də.faɪ/ [B2] (v): sửa đổi, điều chỉnh, biến đổi

tougher /ˈtʌf.ɚ/ (adj): bền hơn, khó nứt vỡ hơn

come at the cost of sth /kʌm æt ðə kɑːst əv/ (phrase): đạt được nhưng phải đánh đổi bằng cái gì

multi-walled /ˌmʌl.tiˈwɔːld/ (adj): đa vách, nhiều lớp thành

tensile strength /ˈten.səl streŋθ/ (n): độ bền kéo, khả năng chịu lực kéo

equivalent to /ɪˈkwɪv.ə.lənt tə/ [B2] (adj): tương đương với

atmospheric pressure /ˌæt.məˈsfer.ɪk ˈpreʃ.ɚ/ (n): áp suất khí quyển

retain sth /rɪˈteɪn/ [C1] (v): giữ lại, duy trì cái gì

fibrous /ˈfaɪ.brəs/ (adj): có dạng sợi, cấu tạo từ sợi

atomic /əˈtɑː.mɪk/ [C1] (adj): thuộc nguyên tử

distribute /dɪˈstrɪb.juːt/ [B2] (v): phân bố, phân phối

mechanical stress /məˈkæn.ɪ.kəl stres/ (n): ứng suất cơ học

absorb /əbˈzɔːrb/ [B2] (v): hấp thụ

fracture /ˈfræk.tʃɚ/ [C1] (n, v): sự nứt gãy, vết gãy; làm nứt/gãy

comparable to sth /ˈkɑːm.pɚ.ə.bəl tə/ [C1] (adj): có thể so sánh với, tương đương với cái gì

conventional /kənˈven.ʃən.əl/ [B2] (adj): thông thường, truyền thống

tungsten /ˈtʌŋ.stən/ (n): vonfram

alloy /ˈæl.ɔɪ/ (n): hợp kim

drill bit /ˈdrɪl ˌbɪt/ (n): mũi khoan

application /ˌæp.ləˈkeɪ.ʃən/ [B2] (n): ứng dụng

precision grinding /prɪˈsɪʒ.ən ˈɡraɪn.dɪŋ/ (n): mài chính xác

wear /wer/ [B2] (n): sự mài mòn

brittleness /ˈbrɪt̬.əl.nəs/ (n): tính giòn, độ giòn

ultra-hard /ˌʌl.trəˈhɑːrd/ (adj): siêu cứng

exposed to sth /ɪkˈspoʊzd tə/ [B2] (adj): tiếp xúc với, chịu tác động của cái gì

friction /ˈfrɪk.ʃən/ [C1] (n): ma sát

pave the way for sth /peɪv ðə weɪ fɔːr/ [C2] (phrase): mở đường, tạo tiền đề cho cái gì

property /ˈprɑː.pɚ.t̬i/ [B2] (n): đặc tính, tính chất

ỦNG HỘ READ TO LEAD!

Chào bạn! Có thể bạn chưa biết, Read to Lead là một trang giáo dục phi lợi nhuận với mục đích góp phần phát triển cộng đồng người học tiếng Anh tại Việt Nam. Chúng tôi không yêu cầu người đọc phải trả bất kỳ chi phí nào để sử dụng các sản phẩm của mình để mọi người đều có cơ hội học tập tốt hơn. Tuy nhiên, nếu bạn có thể, chúng tôi mong nhận được sự hỗ trợ tài chính từ bạn để duy trì hoạt động của trang và phát triển các sản phẩm mới.

Bạn có thể ủng hộ chúng tôi qua 1 trong 2 cách dưới đây.
– Cách 1: Chuyển tiền qua tài khoản Momo.
Số điện thoại 0947.886.865 (Chủ tài khoản: Nguyễn Tiến Trung)
Nội dung chuyển tiền: Ủng hộ Read to Lead
hoặc
– Cách 2: Chuyển tiền qua tài khoản ngân hàng.
Ngân hàng VIB chi nhánh Hải Phòng
Số tài khoản: 012704060048394 (Chủ tài khoản: Nguyễn Tiến Trung)
Nội dung chuyển tiền: Ủng hộ Read to Lead

Lớp luyện thi IELTS online

Bạn đang có nhu cầu thi chứng chỉ IELTS cho đầu vào đại học, đi du học, xin việc hay xin cư trú và đang phân vân chưa biết học ở đâu?

Nếu bạn đang tìm kiếm dịch vụ luyện thi IELTS online với giáo viên uy tín và chất lượng, cũng như học phí phải chăng, thì lớp học online của thầy Trung (Admin và dịch giả chính của Read to Lead) có thể là một lựa chọn phù hợp dành cho bạn. 

Hãy liên hệ (nhắn tin) tới trang Facebook cá nhân của mình (https://www.facebook.com/nguyen.trung.509) để tìm hiểu về lớp học và được tư vấn cũng như được học thử nha!