Descubren cómo doblar y estirar el diamante

El diamante, el material natural más duro del mundo, también es flexible cuando se fabrica en agujas a nanoescala, unas mil veces más delgadas que una hebra de cabello humano.

El equipo de investigación que incluye a la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU) demostró que las nanoagujas de diamante se pueden doblar y estirar hasta un nueve por ciento, antes de rebotar a su estado original cuando se elimina la presión.

Los científicos, que publican resultados en Science, predicen que su descubrimiento puede conducir a nuevas aplicaciones en bioimagen y biodetección, administración de fármacos, almacenamiento de datos, dispositivos optoelectrónicos y nanoestructuras de ultra fuerza.

El uso de deformaciones elásticas inducidas por deformación mecánica, como la flexión, también abre nuevas vías para adaptar propiedades eléctricas, magnéticas, ópticas y otras propiedades físicas.

Utilizando un microscopio electrónico de barrido para grabar el proceso en tiempo real, el equipo utilizó una sonda de diamante para presionar los costados de las nano agujas de diamante, que se cultivaron a través de un proceso especial llamado deposición de vapor químico y se grabaron en la forma.

El equipo midió cuánto podía doblar cada aguja antes de que se fracturara. "Nuestros resultados fueron tan sorprendentes que tuvimos que volver a realizar los experimentos bajo diferentes condiciones solo para confirmarlos", dijo el profesor Subra Suresh. "También realizamos simulaciones informáticas detalladas de los especímenes reales y los experimentos de flexión para medir y determinar el esfuerzo de tensión máximo y la tensión que las nanoagujas de diamante podían soportar antes de romperse. "Este trabajo también demuestra que lo que generalmente no es posible en las escalas macroscópicas y microscópicas puede ocurrir en la nanoescala, donde todo el espécimen consta de solo docenas o cientos de átomos, y donde la relación superficie / volumen es grande".

El equipo ejecutó cientos de simulaciones por computadora junto con sus pruebas experimentales para comprender y explicar cómo las agujas de diamante sufrieron grandes deformaciones elásticas, ya que los materiales frágiles generalmente se extienden menos de un uno por ciento.

"Después de dos años de repeticiones cuidadosas entre simulaciones y experimentos en tiempo real, ahora sabemos que la forma deformada de una nano-aguja doblada es la clave para determinar su máxima tensión de tracción lograda", explicó el coautor Ming Dao.

"La deformación por flexión controlada también permite un control preciso y alteraciones sobre la marcha de la tensión máxima en la nano-aguja por debajo de su límite de fractura". Estudios teóricos anteriores encontraron que cuando la deformación elástica excede el uno por ciento, los cálculos mecánicos cuánticos indican cambios significativos en la propiedad física o química.

La posibilidad de introducir deformaciones elásticas en el diamante flexionándolo hasta un 9% proporciona nuevas vías para ajustar sus propiedades electrónicas. Además, este fenómeno podría utilizarse para adaptar propiedades mecánicas, térmicas, ópticas, magnéticas, eléctricas y emisoras de luz para diseñar materiales avanzados para diversas aplicaciones.