Diamant is het sterkste natuurlijk voorkomende materiaal op aarde. Het staat ook bekend om zijn hoge stijfheid, uitzonderlijke thermische geleidbaarheid, hoge chemische weerstand, en hoge optische transparantie. Hoewel deze opmerkelijke eigenschappen diamant zeer wenselijk maken voor wetenschappelijke en technologische toepassingen, de voortgang is traag vanwege de broosheid.

Een recent onderzoek waarbij UNIST betrokken was, heeft vastgesteld dat brosse diamanten elastisch kunnen worden gebogen en uitgerekt wanneer ze tot ultrafijne naalden worden gemaakt.

Deze doorbraak is gezamenlijk uitgevoerd door het team van Distinguished Professor Feng Ding van het Center for Multidimensional Carbon Materials (CMCM), binnen het Institute for Basic Science (IBS) van UNIST, in samenwerking met een internationaal team van onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT), Stadsuniversiteit van Hong Kong, en Nanyang Technologische Universiteit. De resultaten van het onderzoek zijn gerapporteerd in Wetenschap .

Het team toonde aan dat hun diamanten naalden op nanoschaal tot 9 procent konden buigen en uitrekken zonder te breken, en keren terug naar hun oorspronkelijke vorm. Hun ontdekking doet eerdere bevindingen van diamantbrosheid volledig teniet. Hun resultaten zouden ongekende mogelijkheden kunnen bieden voor het afstemmen van de optische, optomechanisch, magnetisch, foonisch, en katalytische eigenschappen door middel van elastische rektechniek.

"Ultrahoge elasticiteit van diamant is te wijten aan het gebrek aan interne defecten."

Gewone diamant in bulkvorm heeft een limiet van ruim onder één procent rek, volgens de onderzoekers. In de studie, De groep van professor Ming behandelde de chemische berekening en de analyse van de kristalstructuur van diamant en schreef toe dat de ultrahoge elasticiteit van de diamanten nanonaalden te wijten is aan het gebrek aan interne defecten en het relatief gladde oppervlak.

"Diamanten, natuurlijk of kunstmatig, hebben interne defecten in hun kristalstructuur, ", zegt professor Ding. "Als er kracht van buitenaf wordt uitgeoefend op deze gebreken, ze kunnen barsten en uiteindelijk breken."

In de studie, via gedetailleerde simulaties, Professor Ding bepaalde precies hoeveel spanning en spanning de diamantnaalden konden opvangen zonder te breken. Hij bepaalde dat de corresponderende maximale lokale spanning dicht bij de bekende theoretische limiet lag die haalbaar was met een perfecte, defectvrije diamant. Hij merkte op dat diamanten zonder gebreken tot 12 procent kunnen uitrekken zonder te breken.

"Diamant naalden uitgerekt en gebogen tot 9 procent zonder enige breuk."

Het onderzoeksteam van de City University van Hong Kong is erin geslaagd diamantnaalden op nanoschaal te fabriceren door plasma-geïnduceerd etsen van dunne diamantfilms afgezet op Si-substraten door middel van bias-assisted chemical vapour deposition (CVD). Als resultaat, het team was in staat om ultragrote, volledig omkeerbare elastische vervorming van nanoschaal (~300 nanometer) enkelkristallijne en polykristallijne diamantnaalden.

Het team heeft de buiging van de diamantnaalden gemeten, die werden gekweekt door middel van een chemisch dampafzettingsproces en vervolgens geëtst tot hun uiteindelijke vorm, door ze te observeren in een scanning-elektronenmicroscoop terwijl u op de naalden drukt met een standaard nano-indenter-diamantpunt. Ze toonden experimenteel aan dat monokristallijne naalden tegelijkertijd ultrasterk zijn en vatbaar voor grote elastische vervorming, met volledig omkeerbare mechanische vervormbaarheid tot maximaal 9 procent elastische trekspanning.

Het onderzoeksteam verwacht dat hun bevindingen kunnen leiden tot prestatieverbetering in toepassingen, met bio-imaging en biosensing, spanningsgemedieerde nanomechanische resonatoren, medicijnafgifte, gegevens opslag, en optomechanische apparaten, evenals ultrasterke nanostructuren. Daarnaast, Professor Ding merkte op dat grote elastische vervorming in diamantnaalden op nanoschaal geschikt zal zijn voor gebruik in flexibele en opvouwbare displays van de volgende generatie.