Il grafene è già noto per la sua incredibile resistenza, nonostante sia spesso un solo atomo. Come renderlo ancora più resistente? Trasformandolo in fogli di diamante, naturalmente. I ricercatori sudcoreani hanno ora sviluppato un nuovo metodo per convertire il grafene in sottilissimi film di diamante, senza dover ricorrere all'alta pressione.
Il grafene, la grafite e il diamante sono tutti composti dalla stessa sostanza: il carbonio. La differenza tra questi materiali risiede però nella disposizione e nel legame tra gli atomi di carbonio. Il grafene è un foglio di carbonio spesso un solo atomo, con forti legami orizzontali tra gli atomi. La grafite è costituita da fogli di grafene sovrapposti, con forti legami all'interno di ciascun foglio, ma legami più deboli tra fogli diversi. Nel diamante, infine, gli atomi di carbonio sono legati in modo molto più forte in tre dimensioni, creando un materiale incredibilmente duro.
Quando i legami tra gli strati di grafene vengono rafforzati, si può ottenere una forma bidimensionale di diamante nota come diamane. Il problema è che, di solito, questo processo non è facile da realizzare. Un metodo richiede pressioni estremamente elevate e, non appena queste vengono rimosse, il materiale ritorna allo stato di 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 di loro.
Il team ha iniziato creando un doppio strato di grafene utilizzando il collaudato metodo della deposizione chimica da fase 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 facilitarne la scalabilità. Fogli di diamante ultrasottili potrebbero consentire la realizzazione di componenti elettronici più resistenti, più piccoli e più flessibili, in particolare come semiconduttori a banda proibita ampia.
"Questo semplice metodo di fluorurazione funziona a temperature prossime a quella ambiente e a bassa pressione, senza l'utilizzo di plasma o meccanismi di attivazione a gas, riducendo così la possibilità di creare difetti", afferma Pavel V. Bakharev, primo autore dello studio.
Data di pubblicazione: 24 aprile 2020