Penulis: kotak bundar kecil kelompok gila HX
Edit: besok
Apakah ada sesuatu di dunia ini yang tidak bisa dibengkokkan?
Jika ada, mungkin itu berlian.
Berlian berkilau, sumber foto: Gia.edu
Mungkin tidak banyak kesempatan untuk membengkokkan berlian, tetapi bayangkan permen batu. Bisakah kamu memecahkan permen batu? Pertama-tama, kekerasan gula batu membuat Anda tidak bisa memulainya. Lantas, kalau itu permen batu berbentuk tongkat, apakah mudah ditekuk? Jawabannya tetap tidak, Anda hanya perlu memecahnya dengan lembut, dan itu akan segera pecah menjadi dua. Penyebab fenomena ini adalah permen batu tidak hanya keras, tetapi juga sangat rapuh. Dibandingkan ditekuk, lebih mudah patah.
Di alam, secara umum, semakin keras materialnya, semakin rapuh. Intan, sebagai bahan terkeras yang dikenal di alam, tentunya sangat rapuh. Oleh karena itu, kita dapat memecahkan berlian dengan mudah, tetapi sangat sulit untuk menekuknya.
Namun, ini semua adalah aturan skala makro, ketika ukuran suatu bahan turun ke tingkat nanometer, seringkali akan menunjukkan sifat fisik yang luar biasa. Misalnya, hari ini, sekelompok ilmuwan dari Hong Kong dan Singapura mengumumkan di majalah "Science", Mereka "Mematahkan" berlian itu!
Cara membengkokkan berlian dalam tiga langkah
Ilmuwan tidak membengkokkan jenis berlian yang bertatahkan di cincin, tetapi jarum berlian nano kecil, masing-masing dengan panjang sekitar 500 hingga 1000 nanometer - seperseratus dari diameter rambut. .
Untuk mendapatkan jarum berlian nano dan "mematahkannya", kita membutuhkan tiga langkah.
Tonjolan berbentuk jarum di bagian bawah gambar adalah jarum berlian nano. "Kubik kerucut" di atas gambar adalah perangkat yang disebut "nanoindentation". Sumber gambar: Referensi
Langkah pertama adalah membuat lapisan film berlian
Pertama, Anda membutuhkan ruang terbatas tempat gas metana dilewatkan. Kemudian, terapkan beberapa kondisi ekstrim pada ruang terbatas ini, seperti suhu tinggi atau tekanan tinggi, untuk menghancurkan molekul metana. Struktur molekul metana adalah satu atom karbon yang terhubung dengan empat atom hidrogen. Menghancurkan struktur ini berarti memisahkan atom karbon dan hidrogen dan membiarkannya melarikan diri. Atom hidrogen berubah menjadi gas dan melarikan diri; atom karbon secara kimiawi akan berinteraksi dengan matriks di dasar ruang terbatas dan secara bertahap mengendap.
Apa hubungannya ini dengan berlian? Berlian adalah sekumpulan atom karbon, yang tersusun rapat dalam postur tertentu. Oleh karena itu, selama susunan atom karbon yang disimpan ini dapat dikontrol dengan cukup akurat, film berlian yang sangat tipis dapat diperoleh.
Dalam nanoteknologi, metode ajaib ini disebut " Deposisi uap kimia Secara umum, inti dari metode ini adalah menggunakan gas untuk menjadi padat. Bagaimanapun, kita telah menyelesaikan langkah pertama!
Langkah kedua adalah "memindai" jarum berlian nano pada film berlian
Proses ini bisa dibayangkan sebagai pematung yang cermat mengukir karyanya. Hanya saja, alih-alih menggunakan pahat, ia menggunakan plasma yang lebih bertenaga. Ion adalah partikel bermuatan yang dibentuk oleh atom yang kehilangan atau mendapatkan elektron; plasma adalah campuran ion dan elektron. Melalui cara khusus, plasma ini dapat dibuat memiliki energi yang besar, seperti gugus peluru padat yang sama, yang dapat "melumpuhkan" atom karbon pada film berlian. Setelah ledakan "api", sepotong besar jarum berlian nanometer dapat diperoleh.
Kita juga dapat melihat plasma dalam kehidupan kita - fenomena alam seperti petir dan aurora semuanya melibatkan plasma.
Aurora yang megah adalah fenomena pendaran plasma. Sumber gambar: pexels.com
Langkah ketiga adalah menekuk berlian!
Setelah Anda mendapatkan jarum nano-diamond ini, Anda bisa menekuknya.
Peralatan yang akan digunakan di sini disebut " Nanoindentation Bagian atas perangkat lekukan nano adalah kerucut kubik. Ukuran kerucut kubik ini juga level nanometer, dan bahannya juga berlian. Selama pengujian, kita bisa mengontrol pergerakan kerucut kubik ini untuk membuat kerucut kubik bersinggungan dengan jarum berlian nano. , Dan memberikan tekanan pada nanoneedles untuk menekuknya sedikit demi sedikit untuk menguji elastisitasnya. Ilmuwan mengamati proses ini dengan mikroskop dengan perbesaran yang sangat tinggi.
Gunakan peralatan nanoindentation untuk menguji kemampuan jarum berlian nano (hijau adalah kerucut kubik, merah adalah jarum berlian nano). Seri A menunjukkan bahwa kerucut kubik nanoindentation menghubungi nanoneedle dan memberikan gaya pada yang terakhir. Dalam rentang deformasi tertentu, nanoneedles dapat dikembalikan ke bentuk aslinya dengan menghilangkan gaya eksternal dari kerucut kubik. Seri B menunjukkan bahwa jika terlalu banyak gaya yang diterapkan, nanoneedles juga akan putus. Sumber gambar: Referensi
Catatan pengamatan menunjukkan bahwa jarum berlian nano ini memiliki elastisitas yang cukup tinggi. Kita selalu menyebut kata "fleksibilitas" dalam hidup kita, misalnya bola itu "fleksibel", bahkan udang ini pun "fleksibel". Tetapi dalam ilmu material, definisi elastisitas yang tepat adalah: ketika gaya eksternal dibatalkan, deformasi material dapat dipulihkan sepenuhnya, dan sifat ini disebut elastisitas. Apa artinya? Setelah jarum ketupat ini ditekuk, jarum nano akan tegak lagi - satu jarum nano masih bisa kembali ke bentuk aslinya setelah 9% mengalami deformasi. Nilai ini sudah mendekati batas teoritis simulasi komputasi.
Dengan kata lain, jarum intan kita telah tertekuk! Masih rusak! Tentu saja, jika kerucut kubik terus menggunakan kekuatan, jarum berlian nano masih akan patah.
Mengapa berlian semacam ini bisa dibengkokkan?
Elastisitas tinggi jarum berlian nano disebabkan oleh dua alasan.
pertama-tama, Nanoneedle ini adalah kristal tunggal . Menurut keteraturan susunan atom, bahan dapat dibagi menjadi kristal tunggal, polikristalin dan amorf. Amorf berarti atom "ditumpuk" sepenuhnya tidak teratur; kristal tunggal adalah atom yang tersusun rapi; polikristalin, di antara keduanya, dapat dipahami sebagai banyak kristal tunggal kecil yang disatukan, ada perbandingan Banyak koneksi juga lebih rapuh. Pada jarum nano-diamond, susunan atom karbon merupakan kristal tunggal yang hampir sempurna, sehingga memiliki kekuatan mekanik yang sangat baik.
Tambahan, Jarum berlian nano juga memiliki permukaan yang halus . Banyak material yang rusak atau hancur karena sedikit banyak cacat pada permukaannya. Secara umum, Anda dapat menganggap cacat permukaan sebagai celah dalam kantong kemasan. Menerapkan gaya pada celah ini dapat dengan mudah merobek kemasan. Karena gaya yang kita terapkan dapat berkumpul di celah, membentuk apa yang disebut efek "konsentrasi tegangan", sehingga material dapat dengan mudah dihancurkan. Dan karena permukaan jarum berlian nano sangat halus dan hampir tidak memiliki cacat, situasi ini secara alami dihindari.
Menggunakan mikroskop resolusi ultra tinggi, amati jarum berlian nano yang sangat halus. Gambar kecil di sudut kiri atas adalah teknik yang disebut difraksi elektron area terpilih, yang membuktikan bahwa nanoneedle adalah kristal tunggal. Sumber gambar: Referensi
Jadi, apa gunanya jarum nano-berlian ini?
Pertama-tama, Intan dapat hidup berdampingan dengan baik dengan organisme dan tidak akan membahayakan organisme . Oleh karena itu, nanodiamond memiliki aplikasi penting dalam bioimaging dan biosensing. Berlian yang bisa ditekuk seperti ini mungkin memiliki jangkauan aplikasi yang lebih luas. Tambahan, Jika diperlukan bahan nano berkekuatan tinggi, jarum berlian nano dapat menunjukkan keahliannya . Tapi ini hanya ide. Bagaimana mengaplikasikan jarum nano-diamond membutuhkan lebih banyak penelitian dan eksplorasi.
Namun, setelah penelitian ini, orang mungkin membentuk beberapa ide baru-mungkin, berlian yang bagus bisa keras dan bisa ditekuk!
Tentang Penulis:
Round square: Mahasiswa doktoral Ilmu Material Universitas Tianjin, dilatih bersama oleh Universite Paul Sabatier, Prancis
HX: "Onion Daily" adalah reporter di stasiun koresponden khusus Universitas Peking. Saya sedang belajar untuk gelar PhD di bidang kimia komputasi. Saya hanya bisa bermain game berbasis giliran dengan tangan saya, jadi saya harus melakukan perhitungan.
Kelompok gila: Ph.D. dalam linguistik, mempelajari simbiosis regional bahasa dan budaya, di negara (desa) salju (kecil) Jepang, diam-diam melihat-lihat kamus dan memakan kotoran, seperti hamster dan mengalahkan diri sendiri.
referensi
A.Banerjee et al., Sains, 2018 (360), 300-302.
X. Zhu et al., Adv. Healthc. Mater. 2016 (5), 11571168.
Liu Hongwen, "Mekanika Material (Edisi Kelima)", Pers Pendidikan Tinggi.
Individu dipersilakan untuk maju ke lingkaran pertemanan
Artikel ini berasal dari jaringan shell Guo
Dari tesis ke sains, hanya ada satu langkah
Silakan hubungi sns@guokr.com untuk pengajuan
Untuk mencetak ulang, silakan hubungi scientificguokr@163.com
Anda bahkan tidak tahu kekuatan berlian Saya memesan ini seperti!
- Sudah bertahun-tahun saya tidak melihat Anda dan menyuruh seorang anak pulang. Istri saya menyiapkan 6 hidangan ini. Rekan saya bilang itu pelit.
- Mengapa hanya sedikit perempuan di bidang sains dan teknik? Bukankah itu berarti fisiologi perempuan tidak lebih buruk daripada laki-laki?