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香港城市大學(xué)（城大）領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，納米級(jí)鉆石能夠承受極大的變形并能完全恢復(fù)原狀。這項(xiàng)全球首次的發(fā)現(xiàn)，將對(duì)納米科技、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，以至量子信息科技產(chǎn)生重要影響。研究團(tuán)隊(duì)由機(jī)械及生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)系副教授陸洋博士領(lǐng)導(dǎo)。

城大研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)納米級(jí)鉆石能夠承受極大的彈性變形。（左起：陸洋博士、張洪題、張文軍教授、Amit Banerjee）

全球首次

研究顯示，若鉆石的大小降至約100納米（約人類頭發(fā)六百分之一粗幼），其單晶結(jié)構(gòu)樣本的拉伸彈性應(yīng)變可達(dá)約9%，非常接近鉆石在理論上所能達(dá)到的應(yīng)變極限。而通常大顆鉆石被大眾認(rèn)為是「不可變形的」，過(guò)往曾錄得應(yīng)變僅有0.1%至0.35%。

這項(xiàng)突破性發(fā)現(xiàn)，本月在著名的《科學(xué)》期刊上發(fā)表，題為「納米鉆石的超大彈性變形」。論文的共同第一撰寫(xiě)人包括陸博士指導(dǎo)的研究生Amit Banerjee及張洪題。研究團(tuán)隊(duì)的其他成員為來(lái)自美國(guó)麻省理工學(xué)院、韓國(guó)蔚山科學(xué)技術(shù)院及新加坡南洋理工大學(xué)的材料科學(xué)家及機(jī)械工程師。

研究突破

陸博士和團(tuán)隊(duì)希望透過(guò)此項(xiàng)目，利用城大獨(dú)有的電子顯微鏡內(nèi)之原位納米壓痕儀平臺(tái)，探索鉆石在納米尺度下的機(jī)械特性。納米鉆石樣本由城大材料科學(xué)及工程學(xué)系張文軍教授制造。

鉆石為世上最堅(jiān)硬的物料，常被用作切割及鉆探工具，亦被用作測(cè)試其他物料的機(jī)械性質(zhì)，但如何以鉆石測(cè)試鉆石？為了這一特殊的實(shí)驗(yàn)，陸博士特別研發(fā)了嶄新的「壓縮－彎曲」測(cè)試法，從納米壓痕儀尖端的側(cè)面向鉆石納米針施加壓力。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鉆石的大變形可以完全逆轉(zhuǎn)，即把納米鉆石變形的壓力撤除后，鉆石能夠?qū)崟r(shí)回復(fù)原狀，這意味鉆石亦可具有彈性。

經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)通宵達(dá)旦的實(shí)驗(yàn)，最終取得突破發(fā)現(xiàn)時(shí)，陸博士形容團(tuán)隊(duì)當(dāng)時(shí)「極感興奮」。

陸博士說(shuō)：「這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)將徹底改變了我們對(duì)鉆石的一貫認(rèn)知。」

納米鉆石可承受極巨大的變形。

對(duì)鉆石針進(jìn)行「壓縮－彎曲」納米機(jī)械測(cè)試。

應(yīng)用前景 

由于鉆石與人體兼容，因此這項(xiàng)研究極有發(fā)展前景。未來(lái)有可能進(jìn)一步探索的領(lǐng)域包括以納米鉆石針把藥物傳輸至人體細(xì)胞。陸博士說(shuō)：「我們發(fā)現(xiàn)了納米鉆石具有彈性，知道鉆石針并不如預(yù)期的脆弱，可使這種細(xì)胞內(nèi)藥物傳輸更持久，且成本更低�！�

「下一代的信息技術(shù)也可能以鉆石為本。具備可控點(diǎn)缺陷的納米級(jí)鉆石可用作量子計(jì)算及量子信息處理�！龟懖┦款A(yù)測(cè)說(shuō)：「我們對(duì)納米鉆石特性的發(fā)現(xiàn)，可讓制造商生產(chǎn)極可靠、高效率的鉆石共振器及傳感器，用于快速數(shù)據(jù)儲(chǔ)存及信息傳輸。未來(lái)的計(jì)算機(jī)將會(huì)更小、更薄、指令周期更快�！� 

這項(xiàng)嶄新的發(fā)現(xiàn)，將擴(kuò)大鉆石的實(shí)際應(yīng)用范疇，包括納米機(jī)械工程、生物醫(yī)學(xué)工程、光子學(xué)、光電子學(xué)，以及超強(qiáng)韌物料。

鳴謝

該研究得到香港研究資助局及國(guó)家自然科學(xué)基金資助。