يُعرف الجرافين بقوته الفائقة، على الرغم من أن سُمكه لا يتجاوز سُمك ذرة واحدة. فكيف يُمكن تعزيز قوته؟ بالطبع، بتحويله إلى صفائح من الماس. وقد طوّر باحثون في كوريا الجنوبية طريقة جديدة لتحويل الجرافين إلى أرقّ أغشية الماس، دون الحاجة إلى استخدام ضغط عالٍ.
الجرافين والجرافيت والماس جميعها مصنوعة من نفس المادة - الكربون - لكن الفرق بينها يكمن في كيفية ترتيب ذرات الكربون وترابطها. الجرافين عبارة عن صفيحة من الكربون بسُمك ذرة واحدة فقط، وتترابط بينها روابط أفقية قوية. أما الجرافيت، فيتكون من صفائح جرافين متراصة فوق بعضها، وتترابط كل صفيحة بروابط قوية، بينما تربطها روابط ضعيفة. أما الماس، فتترابط ذرات الكربون فيه بشكل أقوى بكثير في ثلاثة أبعاد، مما يُنتج مادة صلبة للغاية.
عند تقوية الروابط بين طبقات الجرافين، يمكن أن يتحول إلى شكل ثنائي الأبعاد من الماس يُعرف باسم الماس. تكمن المشكلة في أن هذا ليس بالأمر السهل عادةً. تتطلب إحدى الطرق ضغوطًا عالية جدًا، وبمجرد زوال هذا الضغط، تعود المادة إلى الجرافين. وقد أضافت دراسات أخرى ذرات الهيدروجين إلى الجرافين، لكن هذا يُصعّب التحكم في الروابط.
في الدراسة الجديدة، استبدل باحثون في معهد العلوم الأساسية (IBS) ومعهد أولسان الوطني للعلوم والتكنولوجيا (UNIST) الهيدروجين بالفلور. تكمن الفكرة في أن تعريض الجرافين ثنائي الطبقات للفلور يُقرّب الطبقتين من بعضهما، مما يُكوّن روابط أقوى بينهما.
بدأ الفريق بتصنيع جرافين ثنائي الطبقة باستخدام طريقة الترسيب الكيميائي للبخار (CVD) المجربة والفعالة، على ركيزة مصنوعة من النحاس والنيكل. ثم عرّضوا الجرافين لأبخرة ثنائي فلوريد الزينون. يلتصق الفلور في هذا الخليط بذرات الكربون، مما يُعزز الروابط بين طبقات الجرافين، مُكوّنًا طبقة رقيقة للغاية من الماس المُفلور، تُعرف باسم F-diamane.
العملية الجديدة أبسط بكثير من غيرها، مما يُسهّل توسيع نطاقها نسبيًا. يمكن لصفائح الماس فائقة الرقة أن تُنتج مكونات إلكترونية أقوى وأصغر حجمًا وأكثر مرونة، خاصةً كأشباه موصلات واسعة الفجوة.
يقول بافيل في. باخاريف، المؤلف الأول للدراسة: "تعمل طريقة الفلورة البسيطة هذه في درجة حرارة قريبة من درجة حرارة الغرفة وتحت ضغط منخفض دون استخدام البلازما أو أي آليات تنشيط للغاز، وبالتالي تقلل من إمكانية حدوث عيوب".
وقت النشر: ٢٤ أبريل ٢٠٢٠