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拉伸钻石

27.01.2021

说钻石不是世界上最具弹性的材料是一种严重的轻描淡写。虽然最具弹性的材料的拉伸系数可以达到数百%，但对于世界上最硬的材料金刚石来说，这个值不超过 0.4%。然而，来自香港的一组科学家设法找到了一种方法，可以将纳米级钻石拉伸到从根本上改变其电子和光学特性的程度。反过来，这可以作为进入新“钻石”设备和设备世界的第一步。

香港城市大学的研究人员发现，在纳米尺度上，金刚石比这种材料的正常形式具有更高的弹性。几年前进行的第一次实验作为实验证实，纳米级金刚石“针”经受住了冲击，导致高达 9% 的弹性变形。

在最近的研究中，科学家们更进了一步，制造出形状有点像桥的钻石坯，长 1000 纳米，宽 300 纳米。此外，借助特殊装置（此处给出的第二张图片展示了其原理），钻石“桥”受到冲击，导致钻石弹性变形。科学家们指出，当钻石变形高达 7,5% 时，晶体在冲击消除后会完全恢复到原来的形状和大小。

此外，科学家们对金刚石物体的形状进行了优化，得到了更高的金刚石允许变形系数，达到了9.7%，已经非常接近这种材料的理论弹性极限。

科学家们并不是为了闲暇而进行金刚石拉伸实验。人们早就知道，由机械影响引起的变形会从根本上改变各种材料的某些特性。而金刚石也不例外，变形会改变这种材料的一些电子和光学特性。

变形后性质的变化可以使金刚石成为一些电子和光学设备的有用材料。如模拟结果所示，在 9% 应变下带隙变窄，允许“跳过”跃迁势垒的电子节省足够的能量来发射一个光子，这可用于提高效率一些光电器件。

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