鉆石是眾所周知的所有天然材料中最強的，并且具有這種強度帶來另一個緊密相連的特性：脆性。但是現(xiàn)在，來自麻省理工學院，香港，新加坡和韓國的國際研究團隊發(fā)現(xiàn)，當生長在非常微小的針狀形狀時，鉆石可以像橡膠一樣彎曲和伸展，并彈回原來的形狀。

本周在麻省理工學院材料科學與工程系主要研究科學家明道的一篇論文中，“ 科學 ”雜志正在報道這一驚人的發(fā)現(xiàn)。麻省理工學院博士后丹尼爾伯努利; 資深作者Subra Suresh，前麻省理工學院工程系主任，現(xiàn)任新加坡南洋理工大學校長; 香港城市大學的研究生Amit Banerjee和Hongti Zhang; 來自香港中文大學和韓國蔚山的其他七所院校。

研究人員表示，研究結果可以為各種基于鉆石的設備打開大門，這些設備適用于傳感，數(shù)據(jù)存儲，驅動，生物相容性體內成像，光電子學和藥物輸送等應用。例如，已經探索過鉆石作為可能的生物相容性載體，用于將藥物遞送到癌細胞中。

研究小組表示，這種窄金剛石針的形狀與一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)，可彎曲和伸展多達9%而不會斷裂，然后Dao說，恢復原來的配置。

伯努利說，散裝形式的普通鉆石的拉伸極限遠低于1%。“看到納米級鉆石可以承受的彈性變形量非常令人驚訝，”他說。

“我們開發(fā)了一種獨特的納米機械方法來精確控制和量化納米金剛石樣品中分布的超大彈性應變，”香港中文大學機械與生物醫(yī)學工程高級合著者兼副教授楊露說。將金剛石等結晶材料置于超大彈性應變下，就像這些部件彎曲時一樣，可以顯著改變其機械性能以及熱，光學，磁學，電學，電子和化學反應特性，并可用于設計該團隊表示，通過“彈性應變工程”為特定應用提供材料。

該團隊測量了金剛石針的彎曲，這些金剛石針通過化學氣相沉積工藝生長，然后通過掃描電子顯微鏡觀察它們，同時用標準的納米壓痕金剛石尖端向下壓針，測量它們的最終形狀(基本上是一個立方體的角落)。在使用該系統(tǒng)進行實驗測試之后，該團隊進行了許多詳細的模擬以解釋結果，并能夠準確地確定鉆石針可以容納多少壓力和應變而不會破裂。

研究人員還開發(fā)了金剛石針實際幾何形狀的非線性彈性變形計算機模型，發(fā)現(xiàn)納米級金剛石的最大拉伸應變高達9%。計算機模型還預測相應的最大局部應力接近已知的金剛石理想拉伸強度 - 即無缺陷金剛石可達到的理論極限。

當整個金剛石針由一個晶體制成時，在高達9%的拉伸應變下發(fā)生故障。在達到該臨界水平之前，如果探針從針上縮回并且樣品被卸載，則變形可以完全反轉。如果小針是由許多金剛石顆粒制成的，那么研究小組表明它們仍然可以達到異常大的應變。然而，多晶金剛石針所達到的最大應變小于單晶金剛石針的一半。