Diamant kan blive fleksibel, når den laves til ultrafine nåle, finder forskere

Diamant er kendt som den stærkeste af alle naturlige materialer, og med den styrke kommer en anden tæt forbundet egenskab:skørhed. Men nu, et internationalt team af forskere fra MIT, Hong Kong, Singapore, og Korea har fundet ud af, at når det vokser i ekstremt lille, nålelignende former, diamant kan bøje og strække, meget gerne gummi, og klik tilbage til sin oprindelige form.

Det overraskende fund bliver rapporteret i denne uge i tidsskriftet Videnskab , i et papir af seniorforfatter Ming Dao, en hovedforsker ved MIT's Institut for Materialevidenskab og Teknik; MIT postdoc Daniel Bernoulli; seniorforfatter Subra Suresh, tidligere MIT -dekan for teknik og nu formand for Singapores Nanyang Technological University; kandidatstuderende Amit Banerjee og Hongti Zhang ved City University of Hong Kong; og syv andre fra CUHK og institutioner i Ulsan, Sydkorea.

Resultaterne, siger forskerne, kunne åbne døren til en række diamantbaserede enheder til applikationer som f.eks. data opbevaring, aktivering, biokompatibel in vivo -billeddannelse, optoelektronik, og levering af medicin. For eksempel, diamant er blevet undersøgt som en mulig biokompatibel bærer til levering af lægemidler til kræftceller.

Holdet viste, at de smalle diamantnåle, ligner formen som gummispidserne på enden af ​​nogle tandbørster, men kun et par hundrede nanometer (milliarder af en meter) på tværs, kunne bøje og strække med hele 9 procent uden at bryde, vende derefter tilbage til deres oprindelige konfiguration, Siger Dao.

Almindelig diamant i bulkform, Bernoulli siger, har en grænse på langt under 1 procent strækning. "Det var meget overraskende at se mængden af ​​elastisk deformation, nanoskala diamanten kunne opretholde, " han siger.

"Vi udviklede en unik nanomekanisk tilgang til præcist at kontrollere og kvantificere den ultralave elastiske stamme fordelt i nanodiamondprøverne, "siger Yang Lu, senior medforfatter og lektor i mekanisk og biomedicinsk teknik på CUHK. At lægge krystallinske materialer som diamant under ultrastore elastiske stammer, som det sker, når disse stykker bøjer, kan ændre deres mekaniske egenskaber såvel som termiske, optisk, magnetisk, elektrisk, elektronisk, og kemiske reaktionsegenskaber på betydelige måder, og kunne bruges til at designe materialer til specifikke applikationer gennem "elastisk belastningsteknik, "siger teamet.

Holdet målte bøjningen af ​​diamantnåle, som blev dyrket gennem en kemisk dampaflejringsproces og derefter ætset til deres endelige form, ved at observere dem i et scannende elektronmikroskop, mens du trykker ned på nålene med en standard nanoindenter diamantspids (hovedsageligt hjørnet af en terning). Efter de eksperimentelle test med dette system, holdet lavede mange detaljerede simuleringer for at fortolke resultaterne og var i stand til præcist at bestemme, hvor meget stress og belastning diamantnåle kunne rumme uden at gå i stykker.

Forskerne udviklede også en computermodel af den ikke -lineære elastiske deformation til diamantnålens faktiske geometri, og fandt ud af, at den maksimale trækbelastning af nanoskala -diamanten var så høj som 9 procent. Computermodellen forudsagde også, at den tilsvarende maksimale lokale spænding var tæt på den kendte ideelle trækstyrke for diamant - dvs. den teoretiske grænse, der kan opnås ved fejlfri diamant.

Da hele diamantnålen var lavet af en krystal, fejl opstod ved en trækbelastning så høj som 9 procent. Indtil dette kritiske niveau var nået, deformationen kunne vendes fuldstændigt, hvis sonden blev trukket tilbage fra nålen, og prøven blev aflæsset. Hvis den lille nål var lavet af mange diamantkorn, holdet viste, at de stadig kunne opnå usædvanligt store belastninger. Imidlertid, den maksimale belastning opnået med den polykrystallinske diamantnål var mindre end halvdelen af ​​den enkeltkrystallinske diamantnål.