生长弹性钻石的新方法

钻石是地球上最强的天然物质。它还以其无与伦比的特性而闻名，例如高刚度，优异的导热性，高耐化学性和高光学透明度。虽然钻石的这些显着特性使其成为许多科学和技术应用的理想选择，但由于其脆性，进展缓慢。

最近一项与UNIST有关的研究揭示，当制成超细针时，脆性钻石可以弹性弯曲和拉伸。

这项突破由来自多维碳材料中心(CMCM)的冯鼎杰教授团队在UNIST基础科学研究所(IBS)内与麻省理工学院(麻省理工学院)的国际研究团队合作共同进行。 )，香港城市大学和南洋理工大学。这项研究的结果本周已在“ 科学 ”杂志上报道。

该团队证明，他们的纳米级金刚石针可以弯曲和伸展多达9%而不会断裂，然后恢复到原来的形状。他们的发现彻底颠覆了以前的钻石易碎的理论。研究小组表示，他们的结果可以通过弹性应变工程开辟前所未有的可能性，以调整其光学，光机械，磁性，声子和催化性能。

“钻石的超高弹性是由于内部缺陷的缺乏造成的。”

据研究人员称，散装形式的普通钻石的极限远低于1%。在这项研究中，Ming教授的小组处理了金刚石晶体结构的化学计算和分析，并认为金刚石纳米针的超高弹性是由于内部缺陷的缺乏和相对光滑的表面。

“天然或人工钻石的晶体结构都有内部缺陷，”丁教授说。“当外力施加在这些缺陷上时，它们会破裂并最终破裂。”

在这项研究中，通过详细的模拟，丁教授精确地确定了金刚石针头能承受多少压力和应变而不会断裂。他确定相应的最大局部应力接近于使用完美无缺陷钻石可实现的已知理论极限。他指出，无缺陷的钻石可以在不破裂的情况下拉伸多达12%。

“金刚石针的拉伸和弯曲度高达9%，没有任何破损。”

来自香港城市大学的研究团队通过偏压辅助化学气相沉积(CVD)等离子体诱导刻蚀沉积在Si衬底上的金刚石薄膜，成功制造出纳米级金刚石针。因此，该团队能够展示纳米级(~300纳米)单晶和多晶金刚石针的超大，完全可逆的弹性变形。

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，然后通过在扫描电子显微镜中观察它们同时用标准纳米压痕金刚石尖端向下压针来测量它们的最终形状。他们通过实验证明，单晶针同时具有超强度并且易受大弹性变形的影响，具有完全可逆的机械变形性，最高可达弹性拉伸应变的9%。

研究小组预计，他们的研究结果可以提高应用中的性能，包括生物成像和生物传感，应变介导的纳米机械共振器，药物输送，数据存储和光机械设备，以及超强度纳米结构。此外，丁教授指出，纳米级金刚石针的大弹性变形将适用于下一代柔性和可折叠显示器。