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城大揭变形钻 助纳米科技应用

城大研究团队发现纳米级钻石能够承受极大的弹性变形

钻石被指是世界上最坚硬的天然物质,似乎永不会变形,不过,城大领导的国际研究团队透过崭新的「压缩-弯曲」测试法,发现原来当钻石小到约人类头发六百分之一粗幼的纳米级时,能承受约9%的变形并能完全恢复原状。这项突破性发现颠覆过往人类对钻石的认知,将对纳米科技、生物医学领域,以至量子信息科技产生重要影响,未来细胞内药物传输有望更持久,计算机或将更小、更薄、指令周期更快。相关研究本周在《科学》期刊上发表。

由城大机械及生物医学工程学系副教授陆洋领导的研究团队,于《科学》期刊上发表论文,题为「纳米钻石的超大弹性变形」,共同第一撰写人包括陆洋指导的研究生Amit Banerjee及张洪题。团队其他成员包括美国麻省理工学院、韩国蔚山科学技术院及新加坡南洋理工大学的材料科学家及机械工程师。

纳米钻石样本由城大材料科学及工程学系教授张文军制造。该研究得到香港研究资助局及国家自然科学基金资助。

钻石为世上最坚硬的天然物料,常被用作切割及钻探工具,亦被用作测试其它物料的机械性质,而为了探索钻石在纳米尺度下的机械特性,陆洋特别研发了崭新的「压缩-弯曲」测试法,从纳米压痕仪尖端的侧面向钻石纳米针施加压力。

研究显示,若钻石的大小降至约100纳米(约人类头发六百分之一粗幼),其单晶结构样本的拉伸弹性应变可达约9%,非常接近钻石在理论上所能达到的应变极限。过往曾录得大颗钻石的应变仅有0.1%至0.35%。

陆洋形容团队取得突破发现时极感兴奋,「这项发现将彻底改变了我们对钻石的一贯认知。」此项发现,将扩大钻石的实际应用范畴,包括纳米机械工程、生物医学工程、光子学、光电子学,以及超强韧物料。

由于钻石与人体兼容,科学家未来或可进行纳米钻石针把药物传输至人体细胞的研究更进一步。

陆洋表示,「钻石针并不如预期的脆弱,可使这种细胞内药物传输更持久,且成本更低。」

此外,陆洋认为,具备可控点缺陷的纳米级钻石可用作量子计算及量子信息处理,或可让制造商生产极可靠、高效率的钻石共振器及传感器,用于快速数据储存及信息传输,未来的计算机或将更小、更薄、指令周期更快。