O diamante é o material natural mais forte da Terra. Também é conhecido por sua alta rigidez, condutividade térmica excepcional, alta resistência química, e alta transparência óptica. Embora essas propriedades notáveis ​​tornem o diamante altamente desejável para aplicações científicas e tecnológicas, o progresso tem sido lento devido à sua fragilidade.

Um estudo recente envolvendo a UNIST determinou que diamantes frágeis podem ser dobrados e esticados elasticamente quando transformados em agulhas ultrafinas.

Esta descoberta foi conduzida em conjunto pela equipe do Distinto Professor Feng Ding do Centro de Materiais de Carbono Multidimensional (CMCM), dentro do Institute for Basic Science (IBS) da UNIST, em colaboração com uma equipe internacional de pesquisadores do Massachusetts Institute of Technology (MIT), Universidade da cidade de Hong Kong, e a Universidade Tecnológica de Nanyang. Os resultados do estudo foram relatados em Ciência .

A equipe demonstrou que suas agulhas de diamante em nanoescala podem flexionar e esticar em até 9 por cento sem quebrar, e voltar à sua forma original. Sua descoberta subverte completamente as descobertas anteriores sobre a fragilidade do diamante. Seus resultados podem abrir possibilidades sem precedentes para o ajuste de sua óptica, optomecânico, magnético, fonônico, e propriedades catalíticas por meio da engenharia de deformação elástica.

"A elasticidade ultra-alta do diamante é devida à escassez de defeitos internos."

O diamante comum a granel tem um limite bem abaixo de um por cento de extensão, de acordo com os pesquisadores. No estudo, O grupo do professor Ming tratou do cálculo químico e da análise da estrutura cristalina do diamante e atribuiu que a elasticidade ultra-alta das nanagulhas de diamante se deve à escassez de defeitos internos e à superfície relativamente lisa.

"Diamantes, natural ou artificial, têm defeitos internos em sua estrutura cristalina, "diz o professor Ding." Quando força externa é aplicada a esses defeitos, eles podem rachar e, eventualmente, quebrar. "

No estudo, por meio de simulações detalhadas, O professor Ding determinou com precisão quanto estresse e tensão as agulhas de diamante poderiam acomodar sem quebrar. Ele determinou que a tensão local máxima correspondente estava perto do limite teórico conhecido atingível com um perfeito, diamante sem defeitos. Ele observou que os diamantes sem defeitos podem esticar em até 12 por cento sem quebrar.

"As agulhas de diamante esticaram e flexionaram até 9 por cento sem qualquer quebra."

A equipe de pesquisa da City University of Hong Kong teve sucesso na fabricação de agulhas de diamante em nanoescala por corrosão induzida por plasma de filmes finos de diamante depositados em substratos de Si por meio de deposição de vapor químico assistida por polarização (CVD). Como resultado, a equipe foi capaz de demonstrar ultralarge, deformação elástica totalmente reversível de agulhas de diamante monocristalino e policristalino em nanoescala (~ 300 nanômetros).

A equipe mediu a curvatura das agulhas de diamante, que foram cultivados por meio de um processo de deposição de vapor químico e, em seguida, gravados em sua forma final, observando-os em um microscópio eletrônico de varredura enquanto pressiona as agulhas com uma ponta de diamante de nanoindentador padrão. Eles demonstraram experimentalmente que as agulhas monocristalinas são simultaneamente ultrafesas e suscetíveis a grandes deformações elásticas, com deformabilidade mecânica totalmente reversível de até um máximo de 9 por cento da tensão de tração elástica.

A equipe de pesquisa espera que suas descobertas possam levar a uma melhoria de desempenho em aplicativos, envolvendo bioimagem e biossensor, ressonadores nanomecânicos mediados por cepas, entrega de drogas, armazenamento de dados, e dispositivos optomecânicos, bem como nanoestruturas de ultra-comprimento. Além do mais, O professor Ding observou que a grande deformação elástica em agulhas de diamante em nanoescala será adequada para uso em telas flexíveis e dobráveis ​​de próxima geração.