Как сгибают и растягивают алмаз?

Как сгибают и растягивают алмаз?

Алмаз хорошо известен высокой степенью твёрдости относительно других натуральных материалов. Но вместе с этой силой алмазу присуще ещё одно тесно связанное свойство: хрупкость. Однако международная группа исследователей из Массачусетского технологического института, Гонконга, Сингапура и Кореи обнаружила нонсенс. При выращивании чрезвычайно крошечных иглообразных форм, алмаз способен изгибаться и растягиваться, подобно каучуку, а затем возвращается к первоначальной форме.

О «живых» игольчатых минералах

Неожиданное открытие расписали интересной публикацией в журнале «Science» от имени автора Мин Дао — главного научного сотрудника отдела материаловедения и инженерии Массачусетского технологического института, а также целого ряда соавторов.

Согласно утверждениям исследователей, полученные результаты могут стать основой для различных устройств на основе алмазов, чтобы исполнять самые разные функции:

  • зондирование,
  • хранение данных,
  • активацию,
  • биосовместимую визуализацию «In vivo»,
  • оптоэлектронику,
  • доставку лекарственных препаратов скрытым зонам организма.

Так, например, алмаз был исследован как возможный биологически совместимый носитель, пригодный для доставки лекарств внутрь раковой клетки.

Исследования группы показали: узкие алмазные иглы, похожи по форме на резиновые наконечники некоторых видов зубных щеток, но имеют в размерах всего несколько сотен нанометров.

Кристаллические алмазные иглы способны сгибаться и растягиваться на целых 9% без разрыва, с последующим возвратом к своей первоначальной конфигурации.

Обыкновенный алмаз в его привычном виде имеет предел деформации не более 1%. Поэтому учёных крайне удивил тот факт, насколько сильно подвергается эластичной деформации наномасштабный алмаз.

От впечатлений к реальным разработкам

На волне удивлений был разработан уникальный наномеханический подход для точного контроля и количественной оценки ультралагерной упругой деформации, показанной образцами наноалмазов.

Подвергая кристаллические минералы сверхбольшим упругим деформациям, можно существенно изменять их механические свойства. Кроме того, возможны изменения свойств:

  • тепловых,
  • оптических,
  • магнитных,
  • электрических,
  • электронных,
  • химических.

Таким образом «эластичная деформация» алмазов открывает широкий простор под конкретные применения.

Исследовательской группой измерялся изгиб алмазных игл, выращенных в процессе химического осаждения из паровой фазы, а затем выправленных до их окончательной формы.

Наблюдения выполнялись через сканирующий электронный микроскоп. При этом осуществлялось воздействие на алмазные иглы стандартным наконечником наноиндентора.

Результаты экспериментов сгиба и растяжения

Экспериментальных испытаний с использованием наноинденторной системы провели множество. Результаты помогли учёным определить, сколько стрессовой нагрузки и какую деформацию алмазные иглы способны выдерживать без разрушения.

В рамках эксперимента исследователи разработали компьютерную модель нелинейной упругой деформации для определения фактической геометрии алмазной иглы. Так удалось обнаружить максимальную деформацию (9%) на растяжение для наноразмерного алмаза.

Компьютерная модель также показала, что соответствующее максимальное локальное напряжение приближалось к параметру известной идеальной прочности на разрыв (теоретическому пределу для бездефектного минерала).


По материалам: Science


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *