Алмазы традиционно ассоциируются с максимальной твёрдостью и долговечностью. Однако новое исследование показало, что при уменьшении этих кристаллов до нанометровых размеров их свойства заметно меняются. Учёные выяснили, что самые маленькие из изученных алмазов становятся значительно более эластичными, чем их крупные аналоги.
![]()
Фото из открытых источников / Иллюстративное изображение, созданное ИИ
В ходе эксперимента, результаты которого опубликованы в журнале Physical Review X, специалисты исследовали алмазы диаметром всего 4 нанометра — это в сотни раз меньше некоторых вирусов. Для измерения их механических свойств каждый наноалмаз помещали между двумя цилиндрами с алмазными наконечниками, способными оказывать давление. Сила сопротивления фиксировалась специальным датчиком, а микроскоп позволял наблюдать за изменениями структуры кристалла.
«Алмазы в больших размерах широко известны своей исключительной жёсткостью и твёрдостью. На наномасштабе всё может быть иначе», — отмечает Чунсинь Шань из Чжэнчжоуского университета.
Проведение подобных измерений сопряжено с рядом трудностей: эффекты на наноуровне крайне малы, а внешние помехи могут исказить результаты. Чтобы повысить точность, исследователи провели эксперимент примерно со 100 различными алмазами и работали в условиях высокого вакуума, исключая влияние частиц воздуха. Оказалось, что при уменьшении диаметра с 12 до 4 нанометров жёсткость алмазов снижалась примерно на 30%, то есть они становились более эластичными.
Для объяснения этого эффекта учёные обратились к компьютерному моделированию. Оказалось, что у наноалмазов доля атомов на поверхности по отношению к ядру значительно выше, чем у крупных кристаллов. При этом химические связи между поверхностным слоем и ядром оказываются слабее, что и придаёт материалу дополнительную гибкость.
«Новый эксперимент выявил неожиданные изменения в свойствах алмазов даже по сравнению с предыдущими исследованиями крошечных алмазов», — подчёркивает Ян Лу из Городского университета Гонконга.
Его команда ранее уже отмечала снижение твёрдости наноалмазов, но нынешняя работа позволила изучить кристаллы в десять раз меньшего размера. Это открытие особенно актуально в свете растущего интереса к наноалмазам как к перспективному материалу для электроники и квантовых технологий.
«А искусственные алмазы сейчас становятся чрезвычайно дешёвыми, поэтому сейчас самое время использовать алмазы во всё большем количестве», — заключает Лу.
Изучение свойств наноалмазов открывает новые возможности для их практического применения, где сочетание эластичности и уникальных физических характеристик может оказаться решающим преимуществом.
