Dimants: diezgan elastīgs

Nanoskalā vissmagākais no visiem materiāliem parāda neiedomājamu elastību

Tie ir dārgi, skaisti un grūti - dimanti iepriekš nebija zināmi kā īpaši elastīgi. © BlackJack3D / istock
lasīt skaļi

Spēcīgi un nepielūdzami pētnieki ir atklājuši, ka dimanti var būt pārsteidzoši elastīgi un elastīgi: niecīgu, tikai dažu simtu nanometru adatas struktūras formā. Attiecīgi cildenam materiālam sīko pasaulē ir neiedomājamas īpašības. Šis atradums varētu bruģēt ceļu jauniem uz dimantu balstītiem lietojumiem, kā raksta žurnāla Science autori.

Dimants ir superlatīvu materiāls: Sakarā ar īpašo kristāla struktūru oglekļa modifikācija tiek uzskatīta par visvērtīgāko no visiem minerāliem un ir vissmagākā dabiskā viela pasaulē. Tomēr līdz ar šo cietību nāk mazāk "krāšņi" kvalitāte. Dimanti viegli saplīst.

Neviens neiedomātos dārgakmeņus saukt par elastīgiem vai elastīgiem. Tomēr zinātnieki ap Amitu Banerjee no Honkongas universitātes tagad ir mēģinājuši panākt, lai neatrisināmais materiāls būtu stilizējošs. Tam viņi iekļuva nanopasaulē. Visbeidzot, ir zināms, ka daudziem materiāliem pēkšņi rodas jaunas iezīmes, kas makro mērogā netiek parādīti līdz atomu lielumam.

Nanodatas testā

Vai tas attiecas arī uz dimantu? Pētnieki to pārbaudīja, izveidojot īpaši plānu mākslīgo dimanta plēvi, kas galu galā veidoja sīkas adatas formas struktūras. Šīs dimanta adatas bija 300 nanometru garas - parastā adata salīdzinājumā ir gigantiska.

Pārbaude sekoja: zinātnieki uzmanīgi uzspieda smalkās adatas un novēroja tās caur skenējošo elektronu mikroskopu. Rezultāts: patiesībā dimanta struktūras varēja saliekt līdz noteiktam punktam, nesalaužot. Atbrīvojot spēku, kas uz tiem iedarbojas, adatas atgriezās sākotnējā formā. displejs

Apbrīnojami elastīgs

Tikai ar stiepes spriegumu no 89 līdz 98 gigapaskāliem monokristāliskās dimanta adatas beidzot saplīst. Tas atbilst deformācijai līdz deviņiem procentiem. Adatas, kas izgatavotas no vairākiem kristāliem, bija tikai aptuveni pusi elastīgas. Bet viņi arī parādīja pārsteidzoši augstu elastības pakāpi, kā ziņo komanda.

"Bija ļoti pārsteidzoši redzēt, kuru elastīgo deformāciju dimants var izturēt uz nanomēroga, " saka līdzautors Daniels Bernoulli no Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta Kembridžā. Salīdzinājumam - parastie dimanti makro izmēros nevar saliekties pat par vienu procentu, tos nesabojājot. "Robeža ir ievērojami zemāka, " norāda Bernoulli.

Gandrīz ideāls

Tagad sasniegtie deviņi procenti tomēr ir ļoti tuvu materiāla teorētiskajai robežai. Šo vērtību nosaka atomu saišu īpašības, kā pētījuma komentārā skaidro Havjers Lorka no Madrides Politehniskās universitātes: "Tomēr praksē to ir grūti sasniegt. Tā kā pat vismazākie cietā korpusa defekti noved pie pārrāvuma, vēl ilgi pirms saites starp atomiem ir izstiepjušās līdz to teorētiskajai robežai. "

Tāpēc maksimālā vērtība, kas iegūta no literatūras, ir tikai pilnīgi nevainojamiem dimantiem. Pētnieku veiktās simulācijas apstiprināja, ka to rezultāti patiešām ir saistīti ar to, ka trūkst sīku dimanta adatu, kā arī to salīdzinoši gludās virsmas, salīdzinot ar dimantu mikro vai lielākā mērogā. stab ir zurückzuf hren.

Vai ir redzamas jaunas lietojumprogrammas?

Saprotot, ka šķietami neaptveramais materiāls ir apbrīnojami elastīgs mazo pasaulē, nākotnē varētu atvērt durvis un vārtus daudzām vajadzībām - gan optoelektronikas, gan medicīnas jomā.

Piemēram, iepriekš dimants jau tika apspriests kā potenciāli bioloģiski saderīgs līdzeklis narkotiku pārvadāšanai šūnu iekšpusē, kā ziņo zinātnieki. Cietības un elastības kombinācija varētu būt ārkārtīgi interesanta šādai attīstībai. (Zinātne, 2018; doi: 10.1126 / science.aar4165)

(AAAS / Masačūsetsas Tehnoloģiju institūts, 20.04.2018. - DAL)