Il diamante è noto come il più forte di tutti i materiali naturali, e con quella forza arriva un'altra proprietà strettamente collegata:la fragilità. Ma ora, un team internazionale di ricercatori del MIT, Hong Kong, Singapore, e la Corea ha scoperto che quando è cresciuto in ambienti estremamente piccoli, forme aghiformi, il diamante può piegarsi e allungarsi, molto simile alla gomma, e tornare alla sua forma originale.

La sorprendente scoperta è stata riportata questa settimana sul giornale Scienza , in un articolo dell'autore senior Ming Dao, un ricercatore principale nel Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali del MIT; postdoc del MIT Daniel Bernoulli; autore senior Subra Suresh, ex preside di ingegneria del MIT e ora presidente della Nanyang Technological University di Singapore; gli studenti laureati Amit Banerjee e Hongti Zhang alla City University di Hong Kong; e altri sette del CUHK e delle istituzioni di Ulsan, Corea del Sud.

I risultati, dicono i ricercatori, potrebbe aprire la porta a una varietà di dispositivi a base di diamante per applicazioni come rilevamento, archivio dati, attuazione, imaging biocompatibile in vivo, optoelettronica, e consegna del farmaco. Per esempio, il diamante è stato esplorato come possibile vettore biocompatibile per la somministrazione di farmaci nelle cellule tumorali.

Il team ha mostrato che gli aghi di diamante stretti, simile nella forma alle punte di gomma sull'estremità di alcuni spazzolini da denti ma solo poche centinaia di nanometri (miliardesimi di metro) di diametro, potrebbe flettersi e allungarsi fino al 9% senza rompersi, quindi tornare alla loro configurazione originale, dice Dao.

Diamante ordinario in forma sfusa, Bernoulli dice, ha un limite di allungamento ben al di sotto dell'1%. "È stato molto sorprendente vedere la quantità di deformazione elastica che il diamante su scala nanometrica potrebbe sostenere, " lui dice.

"Abbiamo sviluppato un approccio nanomeccanico unico per controllare e quantificare con precisione la deformazione elastica ultralarga distribuita nei campioni di nanodiamante, "dice Yang Lu, co-autore senior e professore associato di ingegneria meccanica e biomedica presso CUHK. Sottoporre materiali cristallini come il diamante a sollecitazioni elastiche ultragrandi, come accade quando questi pezzi si flettono, possono modificare le loro proprietà meccaniche e termiche, ottico, magnetico, elettrico, elettronico, e proprietà di reazione chimica in modi significativi, e potrebbe essere utilizzato per progettare materiali per applicazioni specifiche attraverso "ingegneria della deformazione elastica, "dice la squadra.

Il team ha misurato la flessione degli aghi di diamante, che sono stati cresciuti attraverso un processo di deposizione chimica da vapore e poi incisi nella loro forma finale, osservandoli in un microscopio elettronico a scansione mentre si preme sugli aghi con una punta di diamante nanoindentatore standard (essenzialmente l'angolo di un cubo). A seguito delle prove sperimentali con questo sistema, il team ha eseguito molte simulazioni dettagliate per interpretare i risultati ed è stato in grado di determinare con precisione lo stress e la tensione che gli aghi di diamante potevano sopportare senza rompersi.

I ricercatori hanno anche sviluppato un modello al computer della deformazione elastica non lineare per l'effettiva geometria dell'ago di diamante, e ha scoperto che il massimo sforzo di trazione del diamante su scala nanometrica era del 9%. Il modello al computer prevedeva anche che la corrispondente sollecitazione locale massima fosse vicina alla nota resistenza alla trazione ideale del diamante, cioè il limite teorico raggiungibile dal diamante esente da difetti.

Quando l'intero ago di diamante era fatto di un cristallo, il cedimento si è verificato a una tensione di trazione fino al 9%. Fino al raggiungimento di questo livello critico, la deformazione potrebbe essere completamente invertita se la sonda fosse retratta dall'ago e il campione fosse scaricato. Se il minuscolo ago fosse fatto di molti grani di diamante, il team ha dimostrato di poter ancora ottenere ceppi insolitamente grandi. Però, la deformazione massima raggiunta dall'ago di diamante policristallino era inferiore alla metà di quella dell'ago di diamante monocristallino.