研究團隊介紹了彈性鑽石生長的新方法

上圖所示是一種超彈性和可逆彈性變形的新型鑽石材料。圖片來源：麻省理工學院。

鑽石是地球上最硬的天然物質。它還以其高剛度、優異的導熱性、高的耐化學性和高的光學透明性而著名。儘管這些顯著的特性使得金剛石非常適合於科學和技術應用，但由於脆性的原因，其進展緩慢。

最近的一項在韓國蔚山國家科學技術研究所（UnIST）的研究已經確定，脆性鑽石可以彎曲和具有彈性的拉伸，可以製成超細針。

這一突破是由傑出教授Feng Ding的團隊在蔚山國家科學技術研究所的多維碳材料中心（CMCM）與麻省理工學院的國際研究團隊合作完成的。其研究成員不僅包括麻省理工學院（MIT），還有來自香港城市大學和南洋理工大學的研究人員。這項研究的結果在《科學Science》雜誌上已有報道。

研究小組表明，他們的納米級鑽石針可以彎曲和拉伸多達9%，而不會斷裂，並可以恢復到原來的形狀。他們的發現完全推翻了先前關於金剛石脆性的發現。它們的結果可以為通過彈性應變工程調整其光學、光機械、磁、聲子和催化特性開闢前所未有的可能性。

「超高彈性的鑽石是由於缺乏內部缺陷而形成。」

研究人員稱，普通金剛石的體積小於百分之一的極限。在這項研究中，明教授的小組處理了金剛石的化學計算和晶體結構的分析，並認為金剛石納米針的超高彈性是由於內部缺陷的缺乏和相對光滑的表面所致。

上圖所示的納米金剛石針，由香港大學城研究小組開發。

Ding教授說：「鑽石無論是天然的還是人造的，其晶體結構都存在內部缺陷。當外力作用於這些缺陷時，它們會破裂並最終斷裂。」

在這項研究中，通過詳細的模擬，Ding教授精確地確定了鑽石針在不斷裂的情況下能承受多大的應力和應變。他確定了相應的最大局部應力接近於一個完美的無缺陷金剛石所能達到的已知理論極限。他指出無缺陷鑽石可以拉伸12%倍而不會斷裂。

「鑽石針伸展和彎曲多達9%，沒有任何破損。」

來自香港大學的研究小組通過等離子體輔助刻蝕Si襯底上沉積的金剛石薄膜，通過偏壓輔助化學氣相沉積（CVD）成功地製造了納米金剛石針。因此，該團隊能夠證明納米級（300納米）單晶和多晶金剛石針的超可逆的完全可逆的彈性變形。

該小組測量了鑽石針的彎曲，這是通過化學氣相沉積過程生長，然後蝕刻到他們的最終形狀，通過在掃描電子顯微鏡下觀察，同時用標準的納米壓痕金剛石尖端壓在針上。他們實驗證明，單晶針同時是超強的，易受大彈性變形的影響，具有完全可逆的機械變形能力，最大可達9%的彈性拉伸應變。

研究小組預計，他們的研究結果將有助於提高鑽石材料應用的性能，包括生物成像和生物感測，應變應用。

所述納米機械諧振器、藥物輸送、數據存儲和光機械器件以及超強度納米結構。此外，Ding教授指出，納米金剛石針的大彈性變形將適用於下一代柔性和摺疊顯示器。

來源：https://phys.org/news/2018-05-team-method-elastic-diamonds.html

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