如何弯曲和拉伸钻石

钻石是众所周知的所有天然材料中最强的，并且具有这种强度带来另一个紧密相连的特性：脆性。但是现在，来自麻省理工学院，香港，新加坡和韩国的国际研究团队发现，当生长在非常微小的针状形状时，钻石可以像橡胶一样弯曲和伸展，并弹回原来的形状。

本周在麻省理工学院材料科学与工程系主要研究科学家明道的一篇论文中，“ 科学 ”杂志正在报道这一惊人的发现。麻省理工学院博士后丹尼尔伯努利; 资深作者Subra Suresh，前麻省理工学院工程系主任，现任新加坡南洋理工大学校长; 香港城市大学的研究生Amit Banerjee和Hongti Zhang; 来自香港中文大学和韩国蔚山的其他七所院校。

研究人员表示，研究结果可以为各种基于钻石的设备打开大门，这些设备适用于传感，数据存储，驱动，生物相容性体内成像，光电子学和药物输送等应用。例如，已经探索过钻石作为可能的生物相容性载体，用于将药物递送到癌细胞中。

研究小组表示，这种窄金刚石针的形状与一些牙刷末端的橡胶尖端相似，但只有几百纳米(十亿分之一米)，可弯曲和伸展多达9%而不会断裂，然后Dao说，恢复原来的配置。

伯努利说，散装形式的普通钻石的拉伸极限远低于1%。“看到纳米级钻石可以承受的弹性变形量非常令人惊讶，”他说。

“我们开发了一种独特的纳米机械方法来精确控制和量化纳米金刚石样品中分布的超大弹性应变，”香港中文大学机械与生物医学工程高级合着者兼副教授杨露说。将金刚石等结晶材料置于超大弹性应变下，就像这些部件弯曲时一样，可以显着改变其机械性能以及热，光学，磁学，电学，电子和化学反应特性，并可用于设计该团队表示，通过“弹性应变工程”为特定应用提供材料。

该团队测量了金刚石针的弯曲，这些金刚石针通过化学气相沉积工艺生长，然后通过扫描电子显微镜观察它们，同时用标准的纳米压痕金刚石尖端向下压针，测量它们的最终形状(基本上是一个立方体的角落)。在使用该系统进行实验测试之后，该团队进行了许多详细的模拟以解释结果，并能够准确地确定钻石针可以容纳多少压力和应变而不会破裂。

研究人员还开发了金刚石针实际几何形状的非线性弹性变形计算机模型，发现纳米级金刚石的最大拉伸应变高达9%。计算机模型还预测相应的最大局部应力接近已知的金刚石理想拉伸强度 - 即无缺陷金刚石可达到的理论极限。

当整个金刚石针由一个晶体制成时，在高达9%的拉伸应变下发生故障。在达到该临界水平之前，如果探针从针上缩回并且样品被卸载，则变形可以完全反转。如果小针是由许多金刚石颗粒制成的，那么研究小组表明它们仍然可以达到异常大的应变。然而，多晶金刚石针所达到的最大应变小于单晶金刚石针的一半。