Các nhà nghiên cứu tại Carnegie Science đã phát triển một loại vật liệu mới được gọi là "thủy tinh kim cương siêu cứng". Được làm bằng những "quả bóng" cấu thành từ nhiều nguyên tử carbon được ép lại dưới áp suất cực cao, loại vật liệu mới này có độ dẫn nhiệt & độ cứng cực cao nên có thể được sử dụng trong nhiều ngành như xây dựng & sản xuất thiết bị điện tử.
Carbon là một nguyên tố rất linh hoạt, chúng có thể tạo thành nhiều cấu trúc ổn định theo nhiều kiểu sắp xếp nguyên tử khác nhau, từ graphene cho đến kim cương. Chúng có thể là các mẫu tinh thể lặp lại hoặc vô định hình như thủy tinh. Bản thân các liên kết nguyên tử có thể định hình theo cả 2 hoặc 3 chiều, điều này quyết định độ cứng của vật liệu. Tuy nhiên, với một dạng vật liệu như loại "thủy tinh kim cương" này, việc chế tạo nó sẽ khó khăn hơn các dạng khác.
Việc tổng hợp một loại vật liệu carbon vô định hình với các liên kết 3D là một mục tiêu lâu dài của các nhà khoa học. Bí quyết là tìm ra nguyên liệu ban đầu phù hợp để biến đổi chúng bằng cách sử dụng áp suất cực cao.
Ví dụ, nếu bạn sử dụng áp suất cao tác động lên than chì, bạn sẽ tạo ra sự sắp xếp tinh thể của kim cương. Bản thân kim cương có vẻ như là điểm khởi đầu hợp lý để tạo ra thủy tinh kim cương, nhưng điểm nóng chảy của nó lên đến 4.227°C là quá cao đối với việc sản xuất trong thực tế. Nhóm nghiên cứu cần tìm ra một dạng cấu trúc carbon mới có thể thay đổi sự sắp xếp nguyên tử trước khi bị ép dưới áp suất cao.
Và họ đã tìm thấy fullerene, được biết đến rộng rãi với tên gọi là "buckyball", bao gồm 60 nguyên tử carbon sắp xếp theo hình quả bóng rỗng. Nhóm nghiên cứu đã làm nóng chúng cho đến khi hình dạng quả bóng biến đổi, trở thành một mớ sắp xếp lộn xộn, sau đó áp suất cao được áp dụng lên chúng bằng cách sử dụng máy ép đa diện. Kết quả cuối cùng là một loại thủy tinh giống như kim cương, có thể được sản xuất dưới dạng các tấm mỏng có độ dày ở mức milimet.
Việc tạo ra một loại thủy tinh với các đặc tính ưu việt như vậy sẽ mở ra tiềm năng to lớn cho các ứng dụng mới. Vật liệu mới có thể dùng để chế tạo các mảnh thủy tinh có kích thước siêu to khổng lồ, điều này là cực kỳ khó khăn trong quá khứ. Hoặc đơn giản hơn là làm màn hình cho smartphone cũng như các loại thiết bị thông minh khác. Nhiệt độ sản xuất tương đối thấp khi tổng hợp loại thủy tinh kim cương siêu cứng này làm cho việc thương mại hóa và phổ biến chúng trong ngành vật liệu xây dựng cũng như điện tử sẽ rất dễ dàng.
Khi kiểm tra kỹ hơn, nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng vật liệu mới này có độ cứng khoảng 102 GigaPascals (GPa), cao hơn cả kim cương tự nhiên, nhưng không cứng bằng AM-III, một dạng thủy tinh được tổng hợp gần đây ở Trung Quốc có độ cứng lên tới 113 GPa.
Nhóm nghiên cứu cũng tuyên bố rằng loại thủy tinh kim cương siêu cứng mới có độ dẫn nhiệt cao nhất so với bất kỳ vật liệu vô định hình nào, với độ dẫn nhiệt là 26. Điều quan trọng là nó có thể được tổng hợp ở nhiệt độ chỉ từ 900 - 1.000°C, hoàn toàn phù hợp với việc sản xuất công nghiệp.