眾所周知，陜西天然金剛石是所有天然材料中最堅(jiān)硬的，而如此高的強(qiáng)度導(dǎo)致了另一種密切相關(guān)的特性：脆性。所以也是廣泛應(yīng)用與眾多領(lǐng)域中，現(xiàn)在小編就簡(jiǎn)單為您介紹下它是怎樣彎曲和拉伸的。

最近一個(gè)由來(lái)自麻省理工學(xué)院、香港、新加坡和韓國(guó)的研究人員組成的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)金剛石生長(zhǎng)成極細(xì)的針狀時(shí)，它就可以像橡膠一樣彎曲和伸展，并能重新恢復(fù)到原來(lái)的形狀。

這個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn)在本周出版的Science雜志上發(fā)表，該論文的作者包括，共同資深作者、美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)材料科學(xué)與工程系首席研究員Ming Dao，麻省理工學(xué)院博士后Daniel Bernoulli，共同資深作者、前麻省理工學(xué)院工程院院長(zhǎng)、現(xiàn)任新加坡南洋理工大學(xué)(Nanyang Technological University)校長(zhǎng)Subra Suresh，香港城市大學(xué)(City University of Hong Kong)研究生Amit Banerjee和Hongti Zhang，以及另外七位來(lái)自香港中文大學(xué)(CUHK)和韓國(guó)蔚山機(jī)構(gòu)的研究人員。

研究人員表示，該研究結(jié)果可能為各種以金剛石為基礎(chǔ)的設(shè)備提供新思路，如傳感、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、驅(qū)動(dòng)、生物相容性體內(nèi)成像、光電子和藥物輸送等應(yīng)用。例如，目前金剛石已被視為一種具有生物相容性的潛在載體材料，可用于將藥物輸送到癌細(xì)胞中。

Dao說(shuō)，他們的研究成果顯示，這種與某些牙刷末端的橡膠尖端相似、但只有幾百納米(十億分之一米)的窄小的金剛石針，可以彎曲、伸展9%而不斷裂，并且能恢復(fù)為原來(lái)的形態(tài)。

普通金剛石塊的彈性極限遠(yuǎn)低于1%。“看到納米級(jí)金剛石能承受這么大的彈性形變量是非常令人驚訝的。”Bernoulli說(shuō)。

該論文的共同資深作者，香港中文大學(xué)機(jī)械與生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院副教授楊路說(shuō)：“我們開發(fā)了一種獨(dú)特的納米力學(xué)方法來(lái)精確控制和測(cè)算納米金剛石樣品中的超大彈性應(yīng)變?！痹搱F(tuán)隊(duì)表示，金剛石屬于晶體材料，如果使其發(fā)生超大形變，就如同其他晶體材料一樣——其機(jī)械性能、熱、光、磁、電氣、電子和化學(xué)反應(yīng)性質(zhì)等特征都會(huì)發(fā)生變化，從而可通過(guò)“彈性應(yīng)變工程”為特定應(yīng)用設(shè)計(jì)材料。

該團(tuán)隊(duì)通過(guò)化學(xué)氣相沉積過(guò)程生長(zhǎng)出金剛石針，并通過(guò)刻蝕得出它們的最終形狀。然后利用掃描電子顯微鏡觀察標(biāo)準(zhǔn)納米壓痕金剛石尖端(即金剛石立方體的一角)按壓金剛石針的過(guò)程，并測(cè)量了它們的彎曲。使用該系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試后，該團(tuán)隊(duì)做了許多詳細(xì)的仿真模型來(lái)解釋結(jié)果，并能夠精確地確定金剛石針在不斷裂的情況下可承受多大的應(yīng)力和應(yīng)變。

研究人員還針對(duì)金剛石針的實(shí)際幾何形狀開發(fā)了一套模擬非線性彈性變形的計(jì)算機(jī)模型，并發(fā)現(xiàn)納米級(jí)金剛石的最大拉伸應(yīng)變高達(dá)9%。該計(jì)算機(jī)模型所預(yù)測(cè)出的最大局部應(yīng)力接近已知的理想金剛石拉伸強(qiáng)度——即無(wú)缺陷金剛石可達(dá)到的理論極限。

當(dāng)整個(gè)金剛石針是由單個(gè)晶體制成時(shí)，在高達(dá)9%的拉伸應(yīng)變下才發(fā)生破壞。在達(dá)到這個(gè)臨界值之前，如果探頭從金剛石針上縮回，使樣品卸載，則變形是完全可逆的。如果小針頭是由多顆金剛石制成的，該團(tuán)隊(duì)表示它們?nèi)匀豢梢猿惺芟喈?dāng)大的應(yīng)變。然而，多晶金剛石針能達(dá)到的最大應(yīng)變不足單晶金剛石針的一半。

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