Grafeen staat al bekend om zijn ongelooflijke sterkte, ondanks dat het slechts één atoom dik is. Maar hoe kan het nóg sterker worden gemaakt? Door er diamantplaten van te maken, natuurlijk. Onderzoekers in Zuid-Korea hebben nu een nieuwe methode ontwikkeld om grafeen om te zetten in de dunste diamantfilms, zonder hoge druk te hoeven gebruiken.
Grafeen, grafiet en diamant zijn allemaal gemaakt van hetzelfde materiaal: koolstof. Het verschil tussen deze materialen zit hem in de manier waarop de koolstofatomen gerangschikt en aan elkaar verbonden zijn. Grafeen is een laag koolstof van slechts één atoom dik, met sterke horizontale verbindingen ertussen. Grafiet bestaat uit op elkaar gestapelde lagen grafeen, met sterke verbindingen binnen elke laag, maar zwakke verbindingen die de verschillende lagen met elkaar verbinden. En in diamant zijn de koolstofatomen in drie dimensies veel sterker met elkaar verbonden, wat een ongelooflijk hard materiaal oplevert.
Wanneer de verbindingen tussen de lagen grafeen worden versterkt, kan het een tweedimensionale vorm van diamant worden, bekend als diamant. Het probleem is dat dit normaal gesproken niet eenvoudig is. Eén manier vereist extreem hoge druk, en zodra die druk verdwijnt, verandert het materiaal weer in grafeen. Andere studies hebben waterstofatomen aan het grafeen toegevoegd, maar dat maakt het moeilijk om de verbindingen te controleren.
Voor de nieuwe studie hebben onderzoekers van het Institute for Basic Science (IBS) en het Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) waterstof vervangen door fluor. Het idee is dat door dubbellaags grafeen aan fluor bloot te stellen, de twee lagen dichter bij elkaar komen, waardoor er sterkere verbindingen tussen de twee lagen ontstaan.
Het team begon met het creëren van dubbellaags grafeen met behulp van de beproefde methode van chemische dampdepositie (CVD), op een substraat van koper en nikkel. Vervolgens stelden ze het grafeen bloot aan dampen van xenondifluoride. Het fluor in dat mengsel hecht zich aan de koolstofatomen, waardoor de verbindingen tussen de grafeenlagen worden versterkt en een ultradunne laag gefluoreerd diamant ontstaat, bekend als F-diamant.
Het nieuwe proces is veel eenvoudiger dan andere, waardoor het relatief eenvoudig op te schalen zou moeten zijn. Ultradunne diamantplaten zouden sterkere, kleinere en flexibelere elektronische componenten kunnen opleveren, met name als halfgeleider met brede spleet.
"Deze eenvoudige fluoreringsmethode werkt bij kamertemperatuur en onder lage druk, zonder gebruik van plasma of gasactiveringsmechanismen, en verkleint zo de kans op het ontstaan van defecten", aldus Pavel V. Bakharev, eerste auteur van de studie.
Plaatsingstijd: 24-04-2020