钻石也可以折弯？

李登仟

也许经常走在大理石地板上的你，已经不再好奇于一块块方正的大理石是如何切割拼合的；也许经常行走于繁华都市的你，对于摩天大楼所镶嵌的反光玻璃已习以为常；也许对科学充满好奇心的你，至今还并不知道科学家如何制造坚固美丽的钻石。“钻石恒久远，一颗永流传”，这不仅仅是售卖钻石的商家打出的一句标语，它蕴含着钻石的一个特性：坚固无比！正是由于钻石的无比坚硬，导致钻石即便在荒郊野外，任凭风吹雨打，经过多年的摧残，它依然能够光滑如初。

但是，最近刊登在世界顶级学术期刊《科学》杂志上的一项研究论文称，科学家经过实验证明，钻石也会弯折，同时他们还通过计算机模拟出钻石如何在外力的作用下弯折。钻石这个被称为地球上最坚硬的物质，它也会弯折？这似乎有些不可想象，让我们提起精神，一探究竟！

出生于“名门正派”

市面上所谓的钻石，其实大多是经过了地球内部的高温高压等条件精雕细琢而成。高温高压？要多高的高温和多高的高压？科学家把碳元素组成的物体扔进高温炉测试了一下：需要约1500℃的高温，约6GPa的大气压。然而，要想成为一颗合格的钻石，首先需要出生于“名门正派”——自身的含碳量要很高——达到99.9%。可近似认为是由碳单质组成。如今地球上的钻石来源有两种：地球内部高温高压炼造而成和大型陨石高速撞击地球形成。当然也有一些钻石可经过实验室的金刚石打磨而成。补充一点，其实，钻石就可以指经过打磨的金刚石。

钻石的“杰作”

在文章的开头，曾埋下伏笔，不管是教室里的大理石瓷砖还是摩天大楼墙上镶嵌的玻璃，都是钻石的“杰作”。钻石还有这个用途？

关于大理石瓷砖和玻璃的切割，如果在教室或者家中房屋装修之际，一步步地看着装修师傅是如何操作的，你会发现，安装大理石瓷砖的师傅们都会有一个切割机，在切割机的边缘会镶嵌着一个个无坚不摧的神器——金刚石锯片。

除了切割，钻石也被科学家们用在实验室中。因为钻石的硬度很大，科学家们为了给测试的样品施加高压，会将样品置于2颗钻石之间（钻石尖端需打磨平坦，以便样品放置），然后相互推挤钻石形成对顶，从而形成高压。

这样看来，以上所提到的钻石的“杰作”，主要是利用其具有非凡的硬度这一特点。那么，钻石为何如此坚硬？

任何一个宏观的物体必然有着其微观的结构，钻石也不例外。钻石在宏观状态下所表现出的坚硬，必然和它的微观结构密不可分。钻石的结构又称为金刚石立方体结构，钻石可认为完全是由碳原子组成，每一个碳原子与周围相邻的4个碳原子构成一个正四面体。正四面体？也许这个形状对你来说陌生又熟悉，别急，下面来为大家解释。

相信在立体几何中，正方体对于你来说就再熟悉不过了。而通过正方体的任意2个相对的面、相对立的顶点连接起来就可以构造出一个正四面体。我们不难发现，由于正四面体的每条边长都是正方形的对角线，这意味着正四面体的任意一个面都是等边三角形。那么重点来了，数学老师一定告诉过你，三角形是多边形中最具有稳定性的形状，更何况是等边三角形了，这也才导致钻石有着很高的硬度和熔点。

当然，这里是有必要顺便提一下钻石的“兄弟”——石墨，我们所用的2B铅笔的主要成分就是它。虽然石墨和钻石都是由碳单质组成，为什么受到的待遇存在那么大的区别呢？原来，还和其自身的“基因”——分子结构有关。石墨的分子排列为平面结构，呈正六边形的片状，石墨由数以亿层堆叠而成。

尽管石墨和钻石有着同样的分子组成，但是后天的环境磨炼造就了它们的不同用途。众所周知，正是由于石墨质地较软，才能在作业本上勾勒出一个个汉字，也正是鉆石的坚固非常，才能“一颗永流传”！

在微观世界里“弯下了腰”

然而，这个被誉为地球上最坚硬的物质也能被折弯？这不禁让我们陷入了沉思，如此坚固的它是如何被折弯的？

其实，并不是我们在珠宝店里所看到的豌豆颗粒大小的钻石被折弯，而是科学家们所观测到的钻石被折弯，即纳米级别的针状的钻石被折弯！那么问题来了，上面我们有提到钻石的硬度相当大，按照逻辑来说，只有使用比它更加坚硬的材料对它施力，才可能将其折弯。这个材料是什么呢？原来，科学家们在实验室里将纳米钻石针折弯所采用的工具也是钻石，只不过把它的形状做成了锥形。

科学家们为了获得纳米级别的钻石针可谓是下足了功夫.首先，科学家们采用化学中所谓的“化学气相沉淀法”，获得一层钻石薄膜；然后，科学家们为获取大批量的纳米钻石针，利用高能量的等离子体不断轰击钻石薄膜，直到钻石薄膜上的碳原子被悉数打散，纳米钻石针表面无比光滑。有了纳米钻石针之后，剩下所需要做的工作就是利用锥形钻石对上面所获取的纳米钻石针进行施压。

在进行实验的过程中，科学家们不仅观察到了纳米钻石针会有形变，也观察到当纳米钻石针受力过大之后也会断裂。通过实验，科学家们发现纳米钻石针的形变极限（形变的产生得益于钻石针表面的光滑度，假如钻石表面粗糙程度很高，当锥形纳米钻石施加压力的时候，便会使得钻石针表面应力集中，时刻有断裂的风险）；另一方面，科学家们为了从计算机上模拟出纳米钻石针的变形过程，通过有限元的计算方法成功地模拟了纳米钻石的形变过程。

能登上《科学》杂志的发现，其背后必然有着重要的实际应用价值。那么对于折弯的纳米钻石针将有着怎样的实际应用价值呢？该研究团队表示，纳米钻石在微观世界所具有的超级弹性，有可能在可穿戴柔性电子器件或纳米光电器件领域有着潜在的应用价值，让我们拭目以待吧。