Grafen er allerede kendt for at være utrolig stærk, på trods af at den kun er ét atom tyk. Så hvordan kan den gøres endnu stærkere? Ved at omdanne den til diamantplader, selvfølgelig. Forskere i Sydkorea har nu udviklet en ny metode til at omdanne grafen til de tyndeste diamantfilm uden at skulle bruge højt tryk.
Grafen, grafit og diamant er alle lavet af det samme stof – kulstof – men forskellen mellem disse materialer er, hvordan kulstofatomerne er arrangeret og bundet sammen. Grafen er en kulstofplade, der kun er ét atom tyk, med stærke bindinger vandret imellem dem. Grafit er lavet af grafenplader stablet oven på hinanden, med stærke bindinger inden for hver plade, men svage bindinger, der forbinder forskellige plader. Og i diamant er kulstofatomerne langt stærkere forbundet i tre dimensioner, hvilket skaber et utroligt hårdt materiale.
Når bindingerne mellem lagene af grafen styrkes, kan det blive til en 2D-form af diamant kendt som diaman. Problemet er, at dette normalt ikke er let at gøre. En måde kræver ekstremt høje tryk, og så snart dette tryk fjernes, vender materialet tilbage til grafen. Andre undersøgelser har tilsat hydrogenatomer til grafenet, men det gør det vanskeligt at kontrollere bindingerne.
I den nye undersøgelse har forskere ved Institute for Basic Science (IBS) og Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) udskiftet fluor med brint. Ideen er, at ved at eksponere dobbeltlagsgrafen for fluor, bringer man de to lag tættere sammen og skaber stærkere bindinger mellem dem.
Holdet startede med at skabe dobbeltlagsgrafen ved hjælp af den velafprøvede metode med kemisk dampaflejring (CVD) på et substrat lavet af kobber og nikkel. Derefter udsatte de grafenen for dampe af xenondifluorid. Fluoren i denne blanding klæber til kulstofatomerne, hvilket styrker bindingerne mellem grafenlagene og skaber et ultratyndt lag af fluoreret diamant, kendt som F-diaman.
Den nye proces er langt enklere end andre, hvilket burde gøre den relativt nem at skalere op. Ultratynde diamantplader kan give stærkere, mindre og mere fleksible elektroniske komponenter, især som en halvleder med brede gab.
"Denne simple fluoreringsmetode fungerer ved næsten stuetemperatur og under lavt tryk uden brug af plasma eller andre gasaktiveringsmekanismer, og reducerer dermed muligheden for at skabe defekter," siger Pavel V. Bakharev, førsteforfatter af studiet.
Opslagstidspunkt: 24. april 2020