如何彎曲鑽石呢

眾所周知，鑽石是最堅硬的天然材料。然而，伴隨硬度而來的還有脆性：或許他們很堅硬，但卻不夠柔軟。

現在，一支國際團隊的研究人員已經驗證了：鑽石——這種材料常被認為是非柔性的——是可以被彎曲並且被顯著拉伸的。研究人員展示了這樣的鑽石可承受的拉伸彈性應變最大可達約9%，接近這種材料的理論極限。

研究人員相信這些強化了力學性能的納米金剛石會比預期當中更加耐用，並且由此能夠在涉及到機械荷載的諸多方面有所應用。它們成為了應用在諸如基於針狀金剛石的細胞內傳送的備選材料。但它的柔性對金剛石的光學或電學性質產生何種影響，這一點在長遠來看也許是最重要的問題。

根據《科學》雜誌（Science）所述，中國的香港城市大學（City University of Hong Kong）、麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology）、韓國的蔚山國立科學技術大學（Ulsan National Institute of Science and Technology，UNIST）和新加坡南洋理工大學（Nanyang Technological University in Singapore）的科學家利用化學氣相沉積法（chemical vapor deposition，CVD）生出金剛石薄層，在此基礎上使用反應離子腐蝕技術（reactive ion etching,RIE）做出了直徑為納米級（大約100到300納米）的針狀金剛石。

最終得到的材料顯示，即便是金剛石這樣堅硬、易碎的晶體材料，把他們的尺寸減小至納米尺度可以從根本上改變他們的力學性能。

據香港城市大學的副教授Yang Lu說，雖然對於材料而言，內部晶體結構的純度和表面的光滑度是很重要的參數，要想讓金剛石擁有柔性，突破點其實在於「大小」，即需達到該針狀納米金剛石的尺寸/直徑。

單柔性而言，將金剛石應用到對機械荷載有更多要求的地方是非常好的，但是與此同時，伴隨著彎曲而來，還有量子力學效應。

根據麻省理工學院納米力學實驗室（MIT』s Nanomechanics Lab）的首席調查員兼主任、該研究合著者Ming Dao所言，先前的理論研究表明，量子力學的計算結果指出，當彈性應變超過1%時，由於帶隙結構的改變，材料的物理與/或化學性能會發生顯著的變化。

「這些性能變化中或許包含了在機械、熱力學、光學、磁學、電學、電子和化學反應性質這些方面值得關注的變化，並且可以被用於設計多種在新興的『彈性應變工程』（elastic strain engineering）中有所應用的先進材料。」Ming Dao說道。「如果我們能在0至9%之間實時改變納米金剛石的彈性應變值，對這種前所未有材料性能的探索有著很大的潛力。」

兩年以來，在模擬實驗和實時實驗之間多次仔細地重複後，Ming Dao說他和他的同事們已經成功簡化此納米機械過程並能精確控制和量化納米金剛石的彈性形變。最終用到的這種方法能夠精確的控制並且動態改變在斷裂極限下最大應變的結果。

當然，這也就意味著它的電學性能也會在發生動態改變。

然而納米金剛石彈性水平可能改變他們的帶隙結構，在納米金剛石緊密的應變晶格中摻入其他物質也許會在金剛石的電學和光學性能方面引領一場改革式的變化，Yu說道。「這有可能使金剛石在光電方面出現很多新型的應用，比如用於製作能量更強或者光譜範圍更廣的激光器或微波發射器（放射物受激發射後微波振幅放大）。」

這些應用朝向商業化邁進的第一步則要求研究人員在良好定義的幾何結構和晶體結構之下對金剛石的納米結構進行精細的加工。

對於光電方面的應用來說，另一個挑戰是，對彈性應變之下單晶金剛石納米結構的局部光學/電學性能進行實時的量化和控制，據Lu說道。

Lu補充道：「我們會與物理學家和電氣工程師們努力去開拓納米金剛石彈性結構在光電方面是應用，也許我們甚至能找到它在新興的基於金剛石的量子計算技術方面的應用。」

原文作者：Dexter Johnson

（翻譯：白禕臻審校：戴晨）

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