Team introducerer en ny metode til at dyrke elastiske diamanter

Diamant er det stærkeste naturligt forekommende materiale på Jorden. Den er også kendt for sin høje stivhed, enestående varmeledningsevne, høj kemisk resistens, og høj optisk gennemsigtighed. Selvom disse bemærkelsesværdige egenskaber gør diamant yderst ønskværdig til videnskabelige og teknologiske anvendelser, fremskridtet har været langsomt på grund af dets skørhed.

En nylig undersøgelse, der involverer UNIST, har fastslået, at skøre diamanter kan bøjes og strækkes elastisk, når de laves til ultrafine nåle.

Dette gennembrud er blevet udført i fællesskab af Distinguished Professor Feng Dings team fra Center for Multidimensional Carbon Materials (CMCM), inden for Institute for Basic Science (IBS) ved UNIST, i samarbejde med et internationalt team af forskere fra Massachusetts Institute of Technology (MIT), City University of Hong Kong, og Nanyang Technological University. Resultaterne af undersøgelsen er blevet rapporteret i Videnskab .

Holdet demonstrerede, at deres diamantnåle i nanoskala kunne bøje og strække sig med så meget som 9 procent uden at gå i stykker, og vende tilbage til deres oprindelige form. Deres opdagelse omstøder fuldstændig tidligere opdagelser af diamantskørhed. Deres resultater kunne åbne op for hidtil usete muligheder for at tune dens optiske, optomekaniske, magnetiske, fonisk, og katalytiske egenskaber gennem elastisk strain engineering.

"Ultrahøj elasticitet af diamant skyldes mangel på interne defekter."

Almindelig diamant i bulkform har en grænse på et godt stykke under en procent stræk, ifølge forskerne. I undersøgelsen, Professor Mings gruppe håndterede den kemiske beregning og analysen af ​​diamantens krystalstruktur og tilskrev, at den ultrahøje elasticitet af diamantnanonålene skyldes mangel på indre defekter og den relativt glatte overflade.

"Diamanter, enten naturlig eller kunstig, har indre defekter i deres krystalstruktur, " siger professor Ding. "Når der påføres magt udefra på disse defekter, de kan revne og til sidst gå i stykker."

I undersøgelsen, gennem detaljerede simuleringer, Professor Ding bestemte præcist, hvor meget stress og belastning diamantnålene kunne tåle uden at gå i stykker. Han fastslog, at den tilsvarende maksimale lokale spænding var tæt på den kendte teoretiske grænse, der kan opnås med en perfekt, fejlfri diamant. Han bemærkede, at fejlfri diamanter kan strække sig med så meget som 12 procent uden at gå i stykker.

"Diamantnåle strakte og bøjede så meget som 9 procent uden nogen brud."

Forskerholdet fra City University of Hong Kong lykkedes med at fremstille diamantnåle i nanoskala ved plasma-induceret ætsning af tynde diamantfilm aflejret på Si-substrater gennem bias-assisteret kemisk dampaflejring (CVD). Som resultat, holdet var i stand til at demonstrere ultrastore, fuldt reversibel elastisk deformation af nanoskala (~300 nanometer) enkeltkrystallinske og polykrystallinske diamantnåle.

Holdet målte bøjningen af ​​diamantnålene, som blev dyrket gennem en kemisk dampaflejringsproces og derefter ætset til deres endelige form, ved at observere dem i et scanningselektronmikroskop, mens du trykker ned på nålene med en standard nanoindenter diamantspids. De demonstrerede eksperimentelt, at enkeltkrystallinske nåle samtidigt er ultrastærke og modtagelige for store elastiske deformationer, med fuldt reversibel mekanisk deformerbarhed på op til maksimalt 9 procent af elastisk trækbelastning.

Forskerholdet forventer, at deres resultater kan føre til præstationsforbedring i applikationer, involverer bioimaging og biosensing, belastningsmedierede nanomekaniske resonatorer, medicin levering, data opbevaring, og optomekaniske anordninger, samt ultrastyrke nanostrukturer. Udover, Professor Ding bemærkede, at stor elastisk deformation i nanoskala diamantnåle vil være velegnede til brug i næste generations fleksible og foldbare skærme.