Trong nhiều hệ thống ống dẫn công nghiệp hiện nay, việc tích tụ cặn khoáng và các chất bẩn khác trên bề mặt trong khiến lưu lượng giảm, thiết bị dễ bị hư hại và đòi hỏi bảo trì thường xuyên. Các biện pháp truyền thống như sử dụng chất làm mềm nước, chất ức chế cặn hoặc vật liệu ống chuyên dụng đều có những hạn chế nhất định. Nhóm nghiên cứu tại Đại học Rice đã tìm cách thay thế bằng vật liệu film kim cương nhân tạo để nâng cao khả năng chống đóng cặn.

Quy trình mà nhóm nghiên cứu sử dụng dựa trên công nghệ lắng đọng hơi hóa học plasma vi sóng (MPCVD). Trong đó, khí methane và hydrogen được đưa vào buồng phản ứng chứa các tấm wafer phủ dung dịch nanodiamond. Dưới tác động của plasma năng lượng cao, các nguyên tử carbon liên kết thành cấu trúc kim cương trên bề mặt wafer trong nhiều giờ. Các film thu được sau đó được xử lý bằng các loại khí khác nhau để tinh chỉnh bề mặt trước khi tiến hành thử nghiệm.

Các film kim cương này sau đó được thử nghiệm bằng cách ngâm trong dung dịch canxi sulfate quá bão hòa trong một thời gian dài nhằm mô phỏng hiện tượng hình thành cặn khoáng. Kết quả cho thấy film kim cương được xử lý bằng nitơ tích tụ lượng cặn nhỏ hơn đáng kể so với các film xử lý bằng các khí khác như oxy, hydrogen hoặc fluorine. Khi phương pháp này được áp dụng lên các điện cực kim cương pha boron, lượng cặn tích tụ giảm khoảng bảy lần so với loại không được xử lý.

Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng film kim cương nhân tạo không chỉ sở hữu độ bền hóa học và cơ học cao mà còn có khả năng giữ bề mặt sạch trong thời gian dài mà không cần can thiệp bảo trì thường xuyên. Điều này mở ra tiềm năng ứng dụng đa dạng, từ xử lý nước thải, sản xuất dầu khí, đến thiết bị năng lượng và các hệ thống công nghiệp khác nơi cặn khoáng là thách thức kỹ thuật lớn.

Các thử nghiệm ban đầu cho thấy film kim cương nhân tạo là một vật liệu chống đóng cặn hiệu quả và bền bỉ, đặt nền tảng cho ứng dụng rộng rãi trong tương lai. Nhóm nghiên cứu hiện đang tiếp tục hoàn thiện quy trình sản xuất và tối ưu hóa đặc tính film để tăng tính ổn định và khả năng ứng dụng trong thực tế.

Tổng thể, kết quả nghiên cứu này là minh chứng rõ rệt cho giá trị của hợp tác nghiên cứu giữa các đơn vị độc lập trong lĩnh vực khoa học và công nghệ vật liệu, khi Đại học Rice và Phòng thí nghiệm Quốc gia Pacific Northwest kết hợp thế mạnh nghiên cứu về film kim cương và ứng dụng công nghiệp. Chính sự hợp tác này đã mở ra một hướng tiếp cận hiệu quả giúp giảm thiểu vấn đề đóng cặn khoáng, nâng cao tuổi thọ thiết bị và mang lại lợi ích kinh tế – môi trường cho nhiều ngành công nghiệp trong tương lai.