Китайски учени откриха, че нанодиамантите омекват при натиск

Китайски изследователи от Университета на Чжънчжоу съобщават, че диаманти в наномащаб могат да загубят значителна част от твърдостта си и да станат по-еластични при прилагане на натиск. Според екипа, намаляването на размера от 12 до 4 нанометра води до приблизително 30-процентен спад в съпротивлението срещу деформация, което ги прави по-гъвкави в сравнение с по-големите кристали.

Методика на изследването

Изследователите са работили с нанодиаманти с диаметър около четири нанометра — размер, който според екипа е стотици пъти по-малък от някои вируси. В лабораторни условия те са притискали тези наночастици между специално подготвени диамантени цилиндри и са измервали тяхната устойчивост на деформация при натиск.

За да гарантират надеждност на данните, учените са провели серия от експерименти с приблизително 100 отделни образеца. Процедурите са изпълнени във висок вакуум, което позволява да се елиминират външни смущения, и допълнително са използвали компютърни симулации, които да подкрепят и разяснят наблюдавания ефект.

Механизъм на омекването на нанодиамантите

Автoрите на изследването обясняват явлението с промяна в структурните съотношения на материала при преход към наномащаб. При много малки кристали относителният дял на атомите на повърхността значително се увеличава спрямо броя на атомите в обема. Това води до промяна в характера на връзките между повърхностния слой и вътрешните атоми: тези връзки се оказват по-слаби, отколкото при по-големите диаманти.

В резултат материалът проявява по-голяма еластичност — той се деформира по-лесно под приложен натиск, което е в съответствие с измерения спад от около 30% в твърдостта при преминаване от 12 до 4 нанометра.

Значение и възможни приложения

Авторите подчертават, че откритието има практическо значение за разработването на нови технологии. Нанодиамантите се разглеждат като перспективен материал за електроника и за компоненти на квантови устройства. По-ниската твърдост и повишената еластичност в наномащаб могат да повлияят на начина, по който тези материали се обработват и интегрират в микросистеми.

Освен това, ако производствените процеси позволят стабилно производство и намаляване на цената на нанодиамантите, това би могло да направи компонентите за електроника и квантови технологии по-достъпни за по-широк кръг приложения и разработки.

Доказателства и следващи стъпки

Комбинацията от експериментални измервания върху около 100 образеца, извършени във висок вакуум, и компютърни модели предоставя солидна основа за заключенията на екипа. Въпреки това авторите отбелязват необходимостта от допълнителни изследвания, които да уточнят границите на явлението, влиянието на различни методи за синтез на нанодиаманти и последствията за реални устройства.

Резултатите очертават нова картина за механичните свойства на диаманта при екстремно малки размери и откриват насока, която може да бъде полезна както за фундаментални изследвания на материалите, така и за приложни технологични разработки.