Diamant är välkänt som det starkaste av alla naturmaterial, och med den styrkan kommer en annan tätt länkad egenskap:sprödhet. Men nu, ett internationellt team av forskare från MIT, Hongkong, Singapore, och Korea har funnit att när de odlas i extremt små, nålliknande former, diamant kan böjas och sträckas, ungefär som gummi, och snäpp tillbaka till sin ursprungliga form.

Det överraskande fyndet rapporteras i veckan i tidningen Vetenskap , i ett papper av seniorförfattaren Ming Dao, en huvudforskare vid MIT:s institution för materialvetenskap och teknik; MIT postdoc Daniel Bernoulli; seniorförfattare Subra Suresh, tidigare MIT -ingenjörsdekan och nu ordförande för Singapores Nanyang Technological University; doktorander Amit Banerjee och Hongti Zhang vid City University of Hong Kong; och sju andra från CUHK och institutioner i Ulsan, Sydkorea.

Resultaten, säger forskarna, kan öppna dörren till en mängd olika diamantbaserade enheter för applikationer som avkänning, datalagring, aktivering, biokompatibel in vivo -avbildning, optoelektronik, och läkemedelsleverans. Till exempel, diamant har undersökts som en möjlig biokompatibel bärare för att leverera läkemedel till cancerceller.

Teamet visade att de smala diamantnålarna, liknande form som gummitopparna på slutet av några tandborstar men bara några hundra nanometer (miljarddels meter) över, kunde böja och sträcka sig med så mycket som 9 procent utan att bryta, återgå sedan till sin ursprungliga konfiguration, Säger Dao.

Vanlig diamant i bulkform, Bernoulli säger, har en gräns på långt under 1 procent stretch. "Det var mycket förvånande att se mängden elastisk deformation som nanoskala diamanten kunde upprätthålla, " han säger.

"Vi utvecklade ett unikt nanomekaniskt tillvägagångssätt för att exakt kontrollera och kvantifiera den ultralånga elastiska stammen som fördelas i nanodiamondproverna, "säger Yang Lu, senior medförfattare och docent i mekanisk och biomedicinsk teknik vid CUHK. Lägga kristallina material som diamant under ultralätta elastiska stammar, som händer när dessa bitar böjs, kan ändra sina mekaniska egenskaper såväl som termiska, optisk, magnetisk, elektrisk, elektronisk, och kemiska reaktionsegenskaper på betydande sätt, och kan användas för att designa material för specifika applikationer genom "elastisk töjningsteknik, "säger laget.

Teamet mätte böjningen av diamantnålarna, som odlades genom en kemisk ångavsättningsprocess och sedan etsades till sin slutliga form, genom att observera dem i ett skannande elektronmikroskop medan du trycker ner nålarna med en standard nanoindenter diamantspets (i huvudsak hörnet av en kub). Efter de experimentella testerna med detta system, laget gjorde många detaljerade simuleringar för att tolka resultaten och kunde bestämma exakt hur mycket stress och påfrestning diamantnålarna kunde rymma utan att gå sönder.

Forskarna utvecklade också en datormodell av den olinjära elastiska deformationen för diamantnålens faktiska geometri, och fann att den maximala draghållfastheten för nanoskala diamanten var så hög som 9 procent. Datormodellen förutsade också att motsvarande maximal lokal spänning var nära den kända ideala draghållfastheten för diamant - dvs. den teoretiska gräns som kan uppnås med defektfri diamant.

När hela diamantnålen var gjord av en kristall, misslyckande inträffade vid en dragspänning så hög som 9 procent. Tills denna kritiska nivå uppnåddes, deformationen skulle kunna vändas helt om sonden drogs tillbaka från nålen och provet lossades. Om den lilla nålen var gjord av många diamantkorn, laget visade att de fortfarande kunde uppnå ovanligt stora påfrestningar. Dock, den maximala töjningen som uppnåddes med den polykristallina diamantnålen var mindre än hälften av den enkla kristallina diamantnålen.