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钻石***大拉伸应变高达9%!CVD钻石应用再拓展

作者: 发布时间:2018-05-04 浏览次数:2043
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   众所周知,钻石是强度***高的天然材料,并且这种材料还有一个与强度紧密相连的特性:脆性。 现在,由来自于麻省理工学院,香港,新加坡和韩国的研究人员组成的一个国际研究小组发现,当钻石晶体成长为非常细小的针状形状时,钻石可以像橡胶一样弯曲和拉伸,并恢复到其原始的形状。

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    在这项研究中,团队先是使用化学气相沉积(CVD)法钻石,然后再将其蚀刻成针状,外观看来就像是牙刷的刷毛尖端,只是更为密集且更为细小,尺寸约只有几百纳米。当晶体材料弯曲时,它会改变许多机械性质,包含热、光、磁、电、电子及化学等各方面的特性,而钻石也是相同的,运用这些改变的性质,科学家便能透过弹性应变工程(elastic strain engineering)为特定应用提供适用的材料。

    研究人员表示,研究结果可使各种基于钻石的设备有更多开创性的应用。这些应用主要是在传感,数据存储,驱动,生物医学成像,光电子和药物输送等方面。例如,钻石已被研究作为一种可能的生物相容性载体,用于将药物输送到癌细胞中。

    Bernoulli 说:“普通的大块钻石的弹性极限低于1%,纳米金刚石可以承受的弹性变形量是非常令人惊讶的。”香港中文大学机械与生物医学工程系副教授也是这项研究的主要合作者说:“通过一种独特的纳米力学方法来精确控制和量化纳米金刚石样品的超大弹性应变分布。”

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    研究人员还开发了针对钻石针实际几何形状的非线性弹性变形的计算机模型,并发现纳米级钻石的***大拉伸应变高达9%。计算机模型还预测了接近于已知的理想金刚石拉伸强度(即无缺陷金刚石可达到的理论极限)相应的***大局部应力。


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    当整个钻石针由一个晶体构成时,在高达9%的拉伸应变下发生破裂。在达到这个临界水平之前,如果探针缩回并且施加在样品上的力被卸载,则变形可以完全逆转。该团队发现,如果小针头是由许多钻石晶体构成的,它们仍然可以实现非常大的应变。然而,多晶金刚石针头获得的***大应变比单晶金刚石针头的一半还要小。

    在并未参与研究的美国西北大学土木与环境工程学系,机械工程学系教授黄永刚看来,这种在过去被归类为硬脆材料的钻石上超大弹性变形空间的惊人发现,为未来许多领域都开创了***的可能性。

    随着CVD合成技术的提高,洛阳誉芯金刚石通过采用气体原料(氢气、甲烷)在低于1个气压,800-1200℃的温度下采用外延生长的方式获得完全透明无色大尺寸金刚石单晶,其成分、硬度、密度等与天然钻石基本一致,而价格远远低于天然钻石;与高温高压法(HTHP)不同,CVD人工成合技术不需要使用催化剂,杜绝了生产中形成的金属夹杂、裂隙、孔洞等。

特点:打磨后的净度一般为VVS及以上级别,色度为D-J色。

可提供克拉级的钻石原胚。

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