Thép Damascus – Bằng chứng cho thấy người cổ đại đã biết đến công nghệ nano

Thép Damascus là một loại thép rất nổi tiếng đối với người châu Âu. Tuy nhiên, vào khoảng thế kỷ XVIII, công thức tạo ra loại thép này đã bị thất lạc và thép Damascus trở thành một bí ẩn lớn của thế giới cổ đại.

Vào thế kỷ 11, khi lữ đoàn thập tự chinh tiến đến Trung Đông, họ đã phát hiện ra rằng những thanh kiếm của quân đội nơi đây vô cùng sắc bén, nó có thể cắt đôi một sợi tóc ngay giữa không trung, và đủ mạnh để hạ gục những chiến binh dũng cảm và kiên cường nhất.

Tin tức về loại kim khí huyền thoại này lan truyền đi khắp Châu Âu với tên gọi Damascus, đặt theo tên của thủ phủ Syria. Qua nhiều thế hệ, những người thợ chế tạo kiếm, khiên, giáp bảo vệ từ thép Damascus đã giữ kín bí mật công thức chế tạo và chỉ một vài người được truyền thụ bí quyết này.

Khoa học hiện đại đã có nhiều nỗ lực để mô phỏng loại thép này nhưng đều không hoàn toàn thành công do sự khác biệt trong nguyên liệu và kỹ thuật sản xuất.

Tính vượt trội của thép Damascus

Từ khoảng thế kỷ IV, thép Damascus đã được sản xuất tại nhiều khu vực. Điều tạo nên bất ngờ của các thanh gươm làm từ thép Damascus là chúng vẫn sắc bén và cứng cáp sau nhiều trận chiến.

Có nhiều huyền thoại về những thanh gươm này, chẳng hạn như chặt đứt một khẩu súng trường hay chẻ đôi sợi tóc trên không. Theo TS. Helmut Nickel, quản lý Phòng Vũ khí và Thiết giáp của Bảo tàng Nghệ thuật Metropolitan ở New York, có truyền thuyết kể rằng những thanh gươm tốt nhất sau khi đun nóng đã được làm nguội bằng “máu rồng”.

Các thanh kiếm dễ dàng được phân biệt bằng những họa tiết như dòng nước chảy hoặc chữ “damask” được khắc trên lưỡi kiếm. Thép Damascus không chỉ là một thành tựu đáng chú ý về kỹ thuật mà nó còn là những tác phẩm nghệ thuật mang tính thẩm mỹ cao.

Nguyên liệu thô dùng làm thép Damascus có nguồn gốc từ wootz, một loại thép Ấn Độ đặc biệt giàu carbon.

Dựa trên các bằng chứng khảo cổ, người ta đã xác định rằng các sản phẩm ở Damascus phù hợp với tính chất của thép ở Tamil Nadu ngày nay.

Người Ả Rập đã mang thép wootz của Ấn Độ tới Damascus, và nhờ vậy mà ngành công nghiệp vũ khí tại đây phát triển. Từ thế kỷ thứ 3 đến thế kỷ 17, Ấn Độ đã liên tục xuất khẩu những thỏi thép wootz sang Trung Đông.

Bí quyết bị thất truyền

Đến năm 1750, việc sản xuất kiếm Damascus dần suy giảm. Lý do ngừng sản xuất kiếm Damascus vẫn còn là một bí ẩn. Có người cho rằng vì sau đó súng bắt đầu dần thay thế kiếm trên chiến trường nên nhu cầu kiếm này đã giảm nhiều. Một ý kiến khác đó là công thức luyện kim của Damascus chỉ được truyền cho một vài người. Và có lẽ những nhà luyện kim này đã thành công trong việc giữ gìn bí quyết trước những đối thủ cạnh tranh và cả con người ngày nay.

Hoặc cũng có thể tuyến đường thương mại cung cấp thép Wootz từ Ấn Độ đã bị gián đoạn, hay chất lượng của nguyên liệu thô không còn đáp ứng được các đặc điểm cần thiết nữa.

Những nỗ lực của khoa học hiện đại để tái tạo Thép Damascus

Một vấn đề quan trọng khi thực hiện các thí nghiệm khoa học trên thép wootz Damascus là người ta không thể lấy mẫu để nghiên cứu. Để làm được, đòi hỏi phải cắt một lượng thép nhỏ rồi kiểm tra bằng kính hiển vi và mang đi phân tích hóa học.

Khi các nhà nghiên cứu tại Đại học Kỹ thuật Dresden sử dụng tia X và kính hiển vi điện tử để kiểm tra thép Damascus, họ đã phát hiện sự có mặt của các dây nano cementit và ống nano cacbon. Các cấu trúc nano này là kết quả của quá trình luyện thép.

Jeffrey Wadsworth và Oleg D. Sherby, hai chuyên gia luyện kim tại Đại học Stanford cho rằng bí ẩn của thép Damascus đã được họ làm sáng tỏ. Theo TiS. Wadsworth, yêu cầu cơ bản của các nhà luyện kim này là hàm lượng carbon trong thép cao.

TS. Wadsworth và TS. Sherby tin rằng thép Damascus chứa từ 1-2% carbon so với 1% của thép thông thường. Một yếu tố quan trong khác đó là quá trình sản xuất, thép Damascus được rèn ở nhiệt độ khá thấp, khoảng 1.700^oF (khoảng 927^oC). Sau đó được làm nguội bằng một loại chất lỏng được gọi là “máu rồng”.

“Damascus hiện đại” được tổng hợp từ một số loại sắt thép ép vào nhau để tạo thành một phôi kim loại, và hiện nay thuật ngữ “Damascus” dù không chính xác về mặt kỹ thuật, nhưng vẫn được chấp nhận rộng rãi để mô tả những tấm thép hàn hiện đại trong thương mại.

Các mẫu khác nhau phụ thuộc vào cách người thợ xử lý phôi. Phôi được rút ra và xếp lớp lại cho đến khi đạt được số lớp cần thiết. Để đạt được tiêu chuẩn “bậc thầy rèn thép” của Hiệp hội Thợ rèn Mỹ, người thợ phải làm được tấm thép Damascus tối thiểu 300 lớp.

Việc chế tạo lại thép Damascus là một lĩnh vực thuộc về ngành khảo cổ học thực nghiệm. Nhiều người đã cố gắng khám phá, phân tích và thử chế tạo, một số nhà nghiên cứu đã đi được chặng đường dài, nhưng để hoàn toàn tái sản xuất loại thép này thì cho đến nay vẫn là điều không thể.

Không nghi ngờ gì nữa, thép Damascus chính là một công nghệ tiên tiến, một nghệ thuật kim khí tuyệt vời của người cổ đại, nhưng có thể sẽ mãi mãi là bí ẩn với con người hiện đại chúng ta.

Hoàng An