Il grafene è già noto per la sua incredibile resistenza, nonostante lo spessore di un solo atomo. Come si può renderlo ancora più resistente? Trasformandolo in fogli di diamante, ovviamente. I ricercatori sudcoreani hanno ora sviluppato un nuovo metodo per convertire il grafene in sottilissime pellicole di diamante, senza dover ricorrere ad alta pressione.
Grafene, grafite e diamante sono tutti fatti della stessa sostanza – il carbonio – ma la differenza tra questi materiali sta nel modo in cui gli atomi di carbonio sono disposti e legati tra loro. Il grafene è un foglio di carbonio spesso un solo atomo, con forti legami tra loro orizzontalmente. La grafite è composta da fogli di grafene impilati l'uno sull'altro, con legami forti all'interno di ogni foglio ma deboli tra fogli diversi. E nel diamante, gli atomi di carbonio sono legati molto più saldamente nelle tre dimensioni, creando un materiale incredibilmente duro.
Quando i legami tra gli strati di grafene vengono rafforzati, il materiale può trasformarsi in una forma bidimensionale di diamante, nota come diamane. Il problema è che normalmente non è facile da realizzare. Un metodo richiede pressioni estremamente elevate e, non appena tale pressione viene rimossa, il materiale si ritrasforma in grafene. Altri studi hanno aggiunto atomi di idrogeno al grafene, ma ciò rende difficile il controllo dei legami.
Per il nuovo studio, i ricercatori dell'Institute for Basic Science (IBS) e dell'Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) hanno sostituito l'idrogeno con il fluoro. L'idea è che, esponendo il grafene a doppio strato al fluoro, i due strati si avvicinino, creando legami più forti tra loro.
Il team ha iniziato creando un doppio strato di grafene utilizzando il collaudato metodo della deposizione chimica da vapore (CVD), su un substrato di rame e nichel. Successivamente, ha esposto il grafene a vapori di difluoruro di xeno. Il fluoro presente in questa miscela si lega agli atomi di carbonio, rafforzando i legami tra gli strati di grafene e creando uno strato ultrasottile di diamante fluorurato, noto come F-diamane.
Il nuovo processo è molto più semplice di altri, il che dovrebbe renderlo relativamente facile da implementare su larga scala. Fogli di diamante ultrasottili potrebbero essere impiegati per realizzare componenti elettronici più resistenti, più piccoli e più flessibili, in particolare come semiconduttori ad ampio gap.
"Questo semplice metodo di fluorurazione funziona a temperatura prossima a quella ambiente e a bassa pressione, senza l'uso di plasma o di meccanismi di attivazione del gas, riducendo quindi la possibilità di creare difetti", afferma Pavel V. Bakharev, primo autore dello studio.
Data di pubblicazione: 24 aprile 2020