Grafen er allerede kjent for å være utrolig sterkt, til tross for at det bare er ett atom tykt. Så hvordan kan det gjøres enda sterkere? Ved å gjøre det om til diamantplater, selvfølgelig. Forskere i Sør-Korea har nå utviklet en ny metode for å omdanne grafen til de tynneste diamantfilmene, uten å måtte bruke høyt trykk.
Grafen, grafitt og diamant er alle laget av det samme stoffet – karbon – men forskjellen mellom disse materialene er hvordan karbonatomene er ordnet og bundet sammen. Grafen er et karbonlag som bare er ett atom tykt, med sterke bindinger mellom dem horisontalt. Grafitt er bygd opp av grafenlag stablet oppå hverandre, med sterke bindinger innenfor hvert lag, men svake bindinger som forbinder forskjellige lag. Og i diamant er karbonatomene langt sterkere knyttet sammen i tre dimensjoner, noe som skaper et utrolig hardt materiale.
Når bindingene mellom lagene av grafen styrkes, kan det bli en 2D-form av diamant kjent som diaman. Problemet er at dette vanligvis ikke er lett å gjøre. Én måte krever ekstremt høyt trykk, og så snart trykket fjernes, går materialet tilbake til grafen. Andre studier har tilsatt hydrogenatomer til grafenet, men det gjør det vanskelig å kontrollere bindingene.
I den nye studien byttet forskere ved Institute for Basic Science (IBS) og Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) ut hydrogen med fluor. Tanken er at ved å eksponere dobbeltlagsgrafen for fluor, bringes de to lagene nærmere hverandre, noe som skaper sterkere bindinger mellom dem.
Teamet startet med å lage dobbeltlagsgrafen ved hjelp av den velprøvde metoden med kjemisk dampavsetning (CVD), på et substrat laget av kobber og nikkel. Deretter eksponerte de grafenet for damp av xenondifluorid. Fluoren i denne blandingen fester seg til karbonatomene, styrker bindingene mellom grafenlagene og skaper et ultratynt lag av fluorert diamant, kjent som F-diaman.
Den nye prosessen er langt enklere enn andre, noe som burde gjøre det relativt enkelt å skalere opp. Ultratynne diamantplater kan gi sterkere, mindre og mer fleksible elektroniske komponenter, spesielt som en halvleder med bredt gap.
«Denne enkle fluoreringsmetoden fungerer ved nesten romtemperatur og under lavt trykk uten bruk av plasma eller gassaktiveringsmekanismer, og reduserer dermed muligheten for å skape defekter», sier Pavel V. Bakharev, førsteforfatter av studien.
Publisert: 24. april 2020