Deformación elástica ultragrande y reversible. Crédito:MIT
El diamante es el material natural más fuerte de la Tierra. También es conocido por su alta rigidez, conductividad térmica excepcional, alta resistencia química, y alta transparencia óptica. Aunque estas notables propiedades hacen que el diamante sea muy deseable para aplicaciones científicas y tecnológicas, el progreso ha sido lento debido a su fragilidad.
Un estudio reciente que involucró a UNIST ha determinado que los diamantes quebradizos se pueden doblar y estirar elásticamente cuando se convierten en agujas ultrafinas.
Este avance ha sido realizado conjuntamente por el equipo del distinguido profesor Feng Ding del Centro de Materiales de Carbono Multidimensional (CMCM), dentro del Instituto de Ciencias Básicas (IBS) en UNIST, en colaboración con un equipo internacional de investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), Universidad de la ciudad de Hong Kong, y la Universidad Tecnológica de Nanyang. Los resultados del estudio se han informado en Ciencias .
El equipo demostró que sus agujas de diamante a nanoescala podían flexionarse y estirarse hasta en un 9 por ciento sin romperse. y volver a su forma original. Su descubrimiento anula por completo los hallazgos anteriores sobre la fragilidad de los diamantes. Sus resultados podrían abrir posibilidades sin precedentes para ajustar su óptica, optomecánico magnético, fonónico y propiedades catalíticas mediante ingeniería de deformaciones elásticas.
"La elasticidad ultra alta del diamante se debe a la escasez de defectos internos".
El diamante ordinario a granel tiene un límite de estiramiento muy por debajo del uno por ciento, según los investigadores. En el estudio, El grupo del profesor Ming manejó el cálculo químico y el análisis de la estructura cristalina del diamante y atribuyó que la elasticidad ultra alta de las nanoagujas de diamante se debe a la escasez de defectos internos y la superficie relativamente lisa.
Agujas de diamante a nanoescala, desarrollado por el equipo de investigación de la City University of Hong Kong. Crédito:UNIST
"Diamantes, ya sea natural o artificial, tienen defectos internos en su estructura cristalina, "dice el profesor Ding." Cuando se aplica fuerza exterior a estos defectos, pueden agrietarse y eventualmente romperse ".
En el estudio, a través de simulaciones detalladas, El profesor Ding determinó con precisión cuánta tensión y tensión podían soportar las agujas de diamante sin romperse. Determinó que la tensión local máxima correspondiente estaba cerca del límite teórico conocido alcanzable con un perfecto, Diamante sin defectos. Señaló que los diamantes sin defectos pueden estirarse hasta en un 12 por ciento sin romperse.
"Las agujas de diamante se estiraron y flexionaron hasta en un 9 por ciento sin romperse".
El equipo de investigación de la City University of Hong Kong logró fabricar agujas de diamante a nanoescala mediante el grabado inducido por plasma de películas delgadas de diamante depositadas sobre sustratos de Si a través de la deposición química de vapor (CVD) asistida por sesgo. Como resultado, el equipo pudo demostrar ultralarge, Deformación elástica totalmente reversible de agujas de diamante monocristalino y policristalino a nanoescala (~ 300 nanómetros).
El equipo midió la flexión de las agujas de diamante, que se cultivaron a través de un proceso de deposición de vapor químico y luego se grabaron en su forma final, observándolos en un microscopio electrónico de barrido mientras presiona las agujas con una punta de diamante nanoindenter estándar. Demostraron experimentalmente que las agujas monocristalinas son simultáneamente ultrafuertes y susceptibles a una gran deformación elástica. con deformabilidad mecánica totalmente reversible de hasta un máximo del 9 por ciento de la tensión de tracción elástica.
El equipo de investigación espera que sus hallazgos puedan conducir a una mejora del rendimiento en las aplicaciones, que involucran bioimagen y biodetección, resonadores nanomecánicos mediados por deformación, entrega de medicamentos, almacenamiento de datos, y dispositivos optomecánicos, así como nanoestructuras ultrarresistentes. Además, El profesor Ding señaló que la gran deformación elástica en agujas de diamante a nanoescala será adecuada para su uso en pantallas flexibles y plegables de próxima generación.
