НовостиФизика

Ученые нашли способ сгибать и растягивать алмаз, один из самых твердых материалов на Земле


Алмаз — не первый материал, который приходит на ум, когда дело доходит до изгиба и растяжения, но ученые нашли способ манипулировать одним из самых твердых минералов на Земле — и это может привести к множеству технологических достижений.

Алмаз не только твердый, но и очень хрупкий. Но новое исследование показывает, что в очень маленьком масштабе, когда алмаз находится в форме наноигл, материал можно согнуть и растянуть на целых 9 процентов.

Это намного превышает стандартный 1 процент гибкости вещества в сыпучей форме.

По мнению исследователей, знание того, что алмазные наноиглы обладают такой дополнительной пластичностью, может помочь во всех областях, от доставки лекарств в раковые клетки до улучшения конструкции устройств хранения данных.

«Было очень удивительно видеть ту степень упругой деформации, которую может выдержать наноразмерный алмаз«, — говорит один из членов команды, Минг Дао (Ming Dao) из Массачусетского технологического института.

Для достижения этого подвига ученые использовали процесс химического осаждения из паровой фазы — по сути, используя химические реакции для получения материальных покрытий в очень маленьких масштабах, то есть то, что используется для изготовления многих компонентов внутри современной электроники.

В результате процесса получались крошечные алмазные иглы размером чуть более двух микрометров, которые затем проталкивались алмазным наконечником и рассматривались под электронным микроскопом.

По словам исследователей, их можно сравнить с резиновыми наконечниками на нижней стороне некоторых зубных щеток.

Используя экспериментальные тесты и детальную компьютерную модель, исследователи смогли определить точные точки излома алмазных игл. И это оказалось выше, чем ожидалось.

Если игла была сделана из монокристалла алмаза, то при растяжении до 9% деформация полностью обращалась вспять, как только давление снималось.

Изгиб и разрушение наноигл.

«Мы разработали уникальный наномеханический подход для точного контроля и количественной оценки сверхбольшой упругой деформации, распределенной в образцах наноалмазов«, — говорит один из команды, Ян Лу из Городского университета в Гонконге.

Отчасти причина, по которой алмазные наноиглы могли так изгибаться, заключалась в отсутствии дефектов и относительно гладкой поверхности при таких малых размерах, отметили исследователи.

Изгиб и разрушение наноигл.

Следующим шагом является более подробное изучение того, как свойства алмаза начинают изменяться в этой меньшей форме — почему эти наноиглы более устойчивы к разрушению и как дополнительное давление влияет на эти свойства. Это должно дать нам некоторые подсказки о том, как лучше всего их использовать в будущем.

Алмазы используются не только в дорогих ювелирных изделиях, но и в оборудовании для биосенсоров и биовизуализации, доставке лекарств, жестких дисках нового поколения, оптомеханических устройствах и сверхпрочных наноструктурах.

Например: только в прошлом месяце ученые разработали, как создать алмазный мазер, который мог бы работать при комнатной температуре — микроволновую версию лазера, которая может пригодиться для медицинских сканеров и сканирования безопасности в аэропортах.

Наличие нового типа алмаза с повышенной гибкостью и различными тепловыми, оптическими, магнитными и электрическими свойствами может сделать этот материал еще более полезным.

«Когда упругие деформации превышают 1 процент, при квантово-механических расчетах ожидаются значительные изменения свойств материала«, — говорит Юнган Хуанг из Северо-Западного университета в Иллинойсе, который не участвовал в исследовании.

«При контролируемой упругой деформации алмаза от 0 до 9 процентов мы ожидаем увидеть некоторые неожиданные изменения свойств«.

Исследование опубликовано в журнале Science.

Back to top button