在弯曲和拉伸方面,钻石并不是第一个想到的材料,但是科学家们已经找到了一种方法来操纵地球上最坚硬的矿物之一——它可能会导致一系列的技术进步。
钻石不仅坚硬,而且易碎。但是新的研究表明,在很小的范围内,当钻石以纳米针的形式存在时,材料可以弯曲并拉伸多达9%。
这远远超过了标准的1%的散装物质的灵活性。
据研究人员称,知道钻石纳米针具有这种额外的延展性,可以帮助各种领域,从将药物输送到癌症细胞,到改善数据存储设备的设计。
“看到纳米级钻石能够承受的弹性变形量是非常令人吃惊的,”麻省理工学院的明道(Ming Dao)说。
为了实现这一壮举,科学家们使用了化学气相沉积过程——本质上是用化学反应在非常小的尺度上制造物质涂层,这是用来在今天的电子产品中制造许多部件的。
这个过程产生的微小的钻石针在两微米以上的大小,然后由一个钻石尖端推动,并在电子显微镜下检查。
根据研究团队的说法,你可以把它们想象成一些牙刷下面的橡胶小技巧。
通过实验测试和详细的计算机模型,研究人员能够计算出钻石针的精确断裂点。这比预期的要高。
高达9%的拉伸应变,一旦压力被移除,变形就完全改变了——如果针是由单个钻石晶体构成的。
香港城市大学的杨璐说:“我们开发了一种独特的纳米力学方法来精确控制和量化纳米金刚石样品中分布的超大型弹性应变。”
研究人员指出,钻石纳米针能够像这样弯曲的部分原因是由于缺少缺陷和相对光滑的表面。
下一步是更详细地研究钻石的性质如何开始改变这种更小的形式-为什么这些纳米针更耐咬,以及增加的压力如何影响这些性质。这应该会给我们提供一些线索,让我们知道在未来如何最好地使用它们。
钻石的用途不仅限于昂贵的珠宝,还包括生物传感和生物成像设备、药物输送、下一代硬盘、光学机械设备和超强纳米结构。
例如:就在上个月,科学家们研究出了如何在室温下制造出一种能在室温下工作的钻石微波激射器——一种可以在机场使用的医用扫描仪和安全扫描的激光。
拥有一种具有额外弹性的新型钻石,以及不同种类的热、光、磁和电特性,可以使这种材料更有用。
“当弹性变形超过1%时,通过量子力学计算,预计会发生重大的物质属性变化,”来自伊利诺伊州西北大学的黄永刚说,他没有参与这项研究。
“在钻石中,有控制的弹性应变在0到9%之间,我们预计会看到一些惊人的变化。”
这项研究发表在《科学》杂志上。
閱讀更多 仰望天際 的文章