中國粉體網(wǎng)訊  《科學(xué)》雜志4月20日報道了一項由中美科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的國際團隊對金剛石在納米尺度下力學(xué)行為的重大發(fā)現(xiàn)，研究首次觀測到納米級金剛石可承受前所未有的巨大形變且能恢復(fù)原狀，其中單晶納米金剛石的局部彈性拉伸形變最大可達到約9%，接近金剛石在理論上可達到的彈性變形極限。  

金剛石是世界上最堅硬的物質(zhì)。除用作珠寶裝飾外，另一個重要用途就是對巖石、玻璃等極其堅硬的物質(zhì)進行高精度切割加工。在宏觀尺度下，通常金剛石表現(xiàn)不出絲毫變形行為。任何極端嘗試對其進行變形的后果往往是在還沒有達到可見形變之前就發(fā)生了脆性斷裂。這使得金剛石在一些可能承受機械變形的應(yīng)用中的使用受到了限制。 

為針對金剛石這一特殊的脆硬材料進行定量納米力學(xué)測試，中國香港城市大學(xué)副教授陸洋帶領(lǐng)研究組基于電子顯微鏡平臺，發(fā)展了一套獨特的納米力學(xué)實驗方法，實現(xiàn)了電鏡實時觀察下對納米金剛石錐樣品進行壓縮—彎曲測試。實驗結(jié)果顯示，單晶金剛石納米錐可實現(xiàn)前所未有的大變形且在極大范圍內(nèi)可完全瞬時回復(fù)。  

為了分析其彈性形變量，美國麻省理工學(xué)院教授蘇布拉·蘇雷什（現(xiàn)南洋理工大學(xué)校長）和高級研究員道明領(lǐng)導(dǎo)的納米力學(xué)實驗團隊對實驗結(jié)果進行了模擬分析，確證單晶金剛石納米錐在拉伸側(cè)的彈性變形量達到9%，對應(yīng)強度接近其理論極限。研究人員表示，對于宏觀的金剛石，這樣的變形量前所未有、難以想象。 

隨后，陸洋及合作者采用高分辨透射電子顯微鏡對斷裂前后的樣品進行了原子尺度的微結(jié)構(gòu)分析，探究納米尺度下金剛石的行為機理。他們發(fā)現(xiàn)，金剛石納米錐之所以能達到如此大的彈性應(yīng)變，除了歸結(jié)于樣品在納米尺寸下表現(xiàn)出的“尺寸效應(yīng)”（即通常所說的“愈小愈強”）之外，納米尺寸金剛石錐本身近乎完美的內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)以及光滑的外表面也是重要因素�！按送�，相對于金屬材料容易產(chǎn)生塑性變形，金剛石穩(wěn)固的共價鍵結(jié)構(gòu)也使其不容易進入塑性階段�！标懷蟊硎尽�

此次發(fā)現(xiàn)的納米尺度下金剛石的超彈性行為將有助于進一步拓展納米金剛石在藥物傳輸、生物探測和影像等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，光電器件領(lǐng)域，及作為納米機械諧振器、數(shù)據(jù)存儲器等量子信息技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。此外，超彈性本身也為納米結(jié)構(gòu)的金剛石在柔性器件的應(yīng)用提供了可能。