O diamante é conhecido como o mais forte de todos os materiais naturais, e com essa força vem outra propriedade intimamente ligada:fragilidade. Mas agora, uma equipe internacional de pesquisadores do MIT, Hong Kong, Cingapura, e a Coreia descobriu que, quando cultivada em ambientes extremamente pequenos, formas semelhantes a agulhas, diamante pode dobrar e esticar, muito parecido com borracha, e voltar à sua forma original.

A descoberta surpreendente está sendo relatada esta semana no jornal Ciência , em um artigo do autor sênior Ming Dao, um cientista pesquisador principal no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais do MIT; Pós-doutorado do MIT Daniel Bernoulli; autor sênior Subra Suresh, ex-reitor de engenharia do MIT e agora presidente da Universidade Tecnológica de Nanyang de Cingapura; os alunos de graduação Amit Banerjee e Hongti Zhang na City University of Hong Kong; e sete outros de CUHK e instituições em Ulsan, Coreia do Sul.

Os resultados, os pesquisadores dizem, poderia abrir a porta para uma variedade de dispositivos baseados em diamante para aplicações como detecção, armazenamento de dados, atuação, imagem biocompatível in vivo, optoeletrônica, e entrega de drogas. Por exemplo, diamante tem sido explorado como um possível transportador biocompatível para entrega de drogas em células cancerosas.

A equipe mostrou que as estreitas agulhas de diamante, semelhante em formato às pontas de borracha na extremidade de algumas escovas de dente, mas com apenas algumas centenas de nanômetros (bilionésimos de metro) de diâmetro, poderia flexionar e esticar em até 9 por cento sem quebrar, em seguida, retorne à configuração original, Dao diz.

Diamante comum em grande quantidade, Bernoulli diz, tem um limite de alongamento bem abaixo de 1 por cento. "Foi muito surpreendente ver a quantidade de deformação elástica que o diamante em nanoescala pode sustentar, " ele diz.

"Desenvolvemos uma abordagem nanomecânica única para controlar e quantificar com precisão a deformação elástica ultralarga distribuída nas amostras de nanodiamantes, "diz Yang Lu, co-autor sênior e professor associado de engenharia mecânica e biomédica na CUHK. Colocar materiais cristalinos, como diamante, sob tensões elásticas ultralargas, como acontece quando essas peças flexionam, podem alterar suas propriedades mecânicas, bem como térmicas, óptico, magnético, elétrico, eletrônico, e propriedades de reação química de maneiras significativas, e pode ser usado para projetar materiais para aplicações específicas por meio de "engenharia de deformação elástica, "diz a equipe.

A equipe mediu a curvatura das agulhas de diamante, que foram cultivadas por meio de um processo de deposição de vapor químico e, em seguida, gravadas em sua forma final, observando-os em um microscópio eletrônico de varredura enquanto pressiona as agulhas com uma ponta de diamante nanoindentador padrão (essencialmente o canto de um cubo). Seguindo os testes experimentais usando este sistema, a equipe fez muitas simulações detalhadas para interpretar os resultados e foi capaz de determinar com precisão quanta tensão e deformação as agulhas de diamante poderiam acomodar sem quebrar.

Os pesquisadores também desenvolveram um modelo de computador da deformação elástica não linear para a geometria real da agulha de diamante, e descobriram que a tensão máxima de tração do diamante em nanoescala chegava a 9 por cento. O modelo de computador também previu que a tensão local máxima correspondente estava perto da resistência à tração ideal conhecida do diamante - ou seja, o limite teórico alcançável por diamante sem defeitos.

Quando toda a agulha de diamante era feita de um cristal, a falha ocorreu em uma tensão de tração de até 9 por cento. Até que este nível crítico fosse alcançado, a deformação poderia ser completamente revertida se a sonda fosse retraída da agulha e a amostra fosse descarregada. Se a pequena agulha fosse feita de muitos grãos de diamante, a equipe mostrou que eles ainda podem atingir cepas excepcionalmente grandes. Contudo, a deformação máxima alcançada pela agulha de diamante policristalino foi menos da metade daquela da agulha de diamante cristalino único.