科学家成功“掰弯”钻石,揭示纳米钻石针的弹性奥秘

作者: 圆的方块 HX 疯小团

来源: 果壳网

发布日期: 2018-04-21

科学家们通过研究纳米钻石针,成功实现了对钻石的弯曲,揭示了纳米尺度下钻石的弹性特性。这一发现不仅挑战了传统对钻石硬度和脆性的认知,也为纳米钻石在生物成像、生物传感及高强度纳米材料领域的应用提供了新的可能性。

世界上最难掰弯的东西是什么?不算上钢铁直男的话,那就是钻石了。不过最近,就有一群来自香港和新加坡的科学家们在《科学》杂志上宣布,他们“掰”弯了钻石!想把钻石掰弯?可不简单。在自然界里,大体来说,越硬的材料也越脆。钻石,作为自然界中已知最硬的材料,当然也非常的脆。因此,我们可以很容易地敲碎钻石,但是想要掰弯它,确实难上加难。

不过,以上这些都是宏观尺度的规律,当材料的尺度降到纳米级别,往往会展现出非同凡响的物理性质。科学家们掰弯的,可不是镶嵌在戒指上的那种钻石,而是一根小小的纳米钻石针。这些纳米钻石针每一根的长度大约是500到1000纳米——头发直径的百分之一那么长。选取这种细小的纳米钻石针,不是没有理由的:这些纳米钻石针具有相当高的弹性,这一点对于掰弯钻石至关重要。

刊登在《科学》的研究中,单根纳米针有9%的变形后,仍能恢复到原来的形状。这一数值已经接近了计算模拟的理论极限。为什么纳米针的弹性那么高?首先,纳米针是单晶。此外,纳米钻石针还有光滑的表面。很多材料的断裂或者被破坏,都是因为表面存在或多或少的缺陷。而纳米钻石针因为表面极其光滑,几乎没有缺陷,自然也就避免了这种情况。把大象放冰箱里,分三步走。同样,为了得到纳米钻石针,并“掰”弯它,我们需要三个步骤。

第一步,做一层钻石膜。第二步,在钻石膜上“扫射”出纳米钻石针。第三步,掰弯钻石!得到这些纳米钻石针之后,就可以掰弯它们了。这里所要用的设备叫做“纳米压痕”。结果显示,单根纳米针可以达到的9%的变形,模拟的理论极限值。也就是说,这根钻石针,真的被掰得很弯。当然,如果立方锥继续用力,那纳米钻石针还是会断掉。纳米钻石针有什么用处呢?首先,钻石可以很好地和生物体共存,不会伤害生物体。

因此纳米钻石在生物成像与生物传感方面有着重要应用。此外,在需要高强度纳米材料的地方,纳米钻石针更是可以大显身手。但这些都还只是设想,纳米钻石针究竟要如何应用,还需要更多的研究和探索。不过啊,经过这项研究,人们可能会形成些新的看法——也许,能硬又能弯,才是好钻石!

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