如果弄一個世界上最堅硬天然材料排行榜,鑽石毫無疑問會榮登榜首。但一個國際科研團隊發現,鑽石在納米尺度上是有彈性的,可以像橡皮一樣彎曲變形還能恢復原狀!
鑽石有彈性,可以掰彎拉伸?這項發現很驚人啊。而且未來應用前景很廣闊。有望應用於資料儲存、體內成像裝置和藥物傳遞等領域。
當然並不是你見到的那個大鑽石可以隨便拉伸,是科學家把它們用化學氣相沉積及刻蝕手段生長出鑽石納米針,這些納米針有彈性。
看看圖片,它們長的很像牙刷毛有木有,這些納米針只有幾百納米,其彈性拉伸應變可達 9%。相比之下,大塊的天然金剛石在斷裂破壞前的彈性拉伸應變遠低於 1%。
研究員說,我們需要施加力才能讓這些鑽石針彎曲,而且它們是有彎曲極限的,力施加的過大可能造成其斷掉。一旦撤回力,它們又會恢復原狀。
論文共同高階作者、香港城市大學力學和生物醫學工程副教授陸洋說,他們使用了一種獨一無二的納米力學方法,可精準控制和量化納米鑽石樣品的超大拉伸應變。
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參與研究的新加坡南洋理工大學校長蘇布拉·蘇雷什說:“這個現象只會出現在鑽石在納米尺寸時,正常鑽石不會發生”。
這一發現應用前景非常廣闊,研究人員表示,擁有 9% 彈性拉伸應變的納米鑽石會產生磁場變化,可用鐳射將資料編碼到鑽石中儲存。
利用鑽石“氮晶格空位中心”的特性還可提高磁共振成像解析度,用於複雜納米結構和生物分子的三維成像。此外,可彎曲的鑽石還可用於細胞內給藥。
納米尺寸的鑽石現在已經得到運用了。 美國斯坦福線性加速中心(Stanford Linear Accelerator Center)展示了號稱最薄的納米線 ,相當於僅 3 個原子的厚度。
這些納米線就是用最小的鑽石片製成的,這種世界上最小的鑽石結構是周長僅 10 個原子的金剛烷,能夠讓 3 原子厚的導電核心自組裝成任何長度。
研究人員希望利用將這種納米線打造成最小的電晶體通道,有望提升互聯技術,讓其變得更加可靠準確。
除此之外, SLAC 的研究團隊還打算利用其納米線,打造能夠發電的納米編織物、結合電與光的光電元件,以及協助建構超導材料。
大家注意,咱們這裡所說的納米尺寸的鑽石和納米鑽石是兩個完全不同的概念。這裡提到的鑽石的納米尺寸是指普通鑽石縮小到納米尺寸。
但是納米鑽石就不一樣了。 從 1987 年起,科學家在太空隕石中發現了許多鑽石結晶體。
當然,只有用電子顯微鏡觀察才能發現這些微小的顆粒,它們左右(1 納米只不過是十億分之一米)。科學家因此稱這些天然鑽石為”納米鑽石”。
現在人們普遍認為,這些鑽石可能是在太陽系外的。質量大的恆星在走到生命盡頭的時候,會產生超新星爆發,並在飛散的氣體中傳導強烈的衝擊波。
在這樣激烈的環境中,氣體中的碳原子由於壓力的作用,結合成了納米鑽石。
生成的納米鑽石廣泛散佈在宇宙空間中,在 46 億年前太陽系形成後,被太陽系俘獲,於是,太陽系中就含有了遠古生成的納米鑽石。
所以,在隕石中發現的納米鑽石,是在太陽系形成之前就出現的,是遠古時期太空中的物質。
但是,美國佐治亞州的科學家對前面的觀點提出了懷疑。他們仔細研究了包含在隕石或星際塵埃中的納米鑽石。
他們還研究了幾塊非常有名的碳質球粒隕石,以及 2 顆從南極的冰雪中找到的隕石和大氣層中 4 個星際塵埃中的隕石。這些隕石中,有的含有納米鑽石,有的卻並無納米鑽石。
科學家猜測,從大氣層中發現的許多星際塵埃是由彗星攜帶來的物質,散佈於大氣層中。
而彗星是構成太陽系的一種原始天體,它們最初分佈於太陽系的外圍,比如奧爾特雲帶或柯伊伯帶等位置。那裡最容易受到太陽系外太空物質的汙染,包含納米鑽石也就不足為奇了。