Diamant är det starkaste naturligt förekommande materialet på jorden. Det är också känt för sin höga styvhet, exceptionell värmeledningsförmåga, hög kemisk resistens, och hög optisk transparens. Även om dessa anmärkningsvärda egenskaper gör diamanten mycket önskvärd för vetenskapliga och tekniska tillämpningar, utvecklingen har varit långsam på grund av dess sprödhet.

En ny studie med UNIST har fastställt att spröda diamanter kan böjas och sträckas elastiskt när de görs till ultrafina nålar.

Detta genombrott har gemensamt genomförts av Distinguished Professor Feng Dings team från Center for Multidimensional Carbon Materials (CMCM), inom Institute for Basic Science (IBS) vid UNIST, i samarbete med ett internationellt team av forskare från Massachusetts Institute of Technology (MIT), City University of Hong Kong, och Nanyang Technological University. Resultaten av studien har rapporterats i Vetenskap .

Teamet visade att deras nanoskala diamantnålar kunde böja och sträcka sig med så mycket som 9 procent utan att bryta, och återgå till sin ursprungliga form. Deras upptäckt störtar helt tidigare fynd av diamantskörhet. Deras resultat kan öppna oöverträffade möjligheter för att justera sin optiska, optomekanisk, magnetisk, fononisk, och katalytiska egenskaper genom elastisk töjning.

"Ultrahög elasticitet i diamanten beror på att det inte finns några inre defekter."

Vanlig diamant i bulkform har en gräns på långt under en procents sträckning, enligt forskarna. I studien, Professor Mings grupp hanterade den kemiska beräkningen och analysen av diamantens kristallstruktur och tillskrev att den ultrahöga elasticiteten hos diamantnanålarna beror på att inre defekter och den relativt släta ytan är bristfällig.

"Ruter, antingen naturligt eller konstgjort, har inre defekter i sin kristallstruktur, "säger professor Ding." När yttre kraft tillämpas på dessa defekter, de kan spricka och så småningom gå sönder. "

I studien, via detaljerade simuleringar, Professor Ding bestämde exakt hur mycket stress och påfrestning diamantnålarna kunde rymma utan att gå sönder. Han bestämde att motsvarande maximal lokal stress var nära den kända teoretiska gränsen som kan uppnås med en perfekt, defektfri diamant. Han noterade att defektfria diamanter kan sträcka sig med så mycket som 12 procent utan att gå sönder.

"Diamantnålar sträckte och böjde så mycket som 9 procent utan att det gick sönder."

Forskargruppen från City University of Hong Kong lyckades tillverka nanoskala diamantnålar genom plasmainducerad etsning av diamant tunna filmer deponerade på Si-substrat genom förspänningsassisterad kemisk ångavsättning (CVD). Som ett resultat, laget kunde visa ultralätt, helt reversibel elastisk deformation av nanoskala (~ 300 nanometer) enkristallina och polykristallina diamantnålar.

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. De demonstrerade experimentellt att enkristallina nålar samtidigt är extremt starka och mottagliga för stor elastisk deformation, med helt reversibel mekanisk deformerbarhet upp till maximalt 9 procent av elastisk dragkraft.

Forskargruppen förväntar sig att deras resultat kan leda till prestandaförbättring i applikationer, som involverar bioimaging och biosensing, stammedierade nanomekaniska resonatorer, drogleverans, datalagring, och optomekaniska anordningar, samt nanostrukturer med ultrastyrka. Förutom, Professor Ding noterade att stor elastisk deformation i nanoskala diamantnålar kommer att vara lämplig för användning i nästa generations flexibla och vikbara skärmar.