Grafen jest już znany ze swojej niewiarygodnej wytrzymałości, mimo że ma grubość zaledwie jednego atomu. Jak więc można go jeszcze bardziej wzmocnić? Oczywiście poprzez przekształcenie go w arkusze diamentu. Naukowcy z Korei Południowej opracowali nową metodę przetwarzania grafenu w najcieńsze warstwy diamentu, bez konieczności stosowania wysokiego ciśnienia.
Grafen, grafit i diament są zbudowane z tego samego materiału – węgla – ale różnica między nimi polega na sposobie ułożenia i połączenia atomów węgla. Grafen to warstwa węgla o grubości zaledwie jednego atomu, z silnymi wiązaniami poziomymi między nimi. Grafit składa się z warstw grafenu ułożonych jedna na drugiej, z silnymi wiązaniami wewnątrz każdej warstwy, ale słabymi wiązaniami łączącymi poszczególne warstwy. W diamencie atomy węgla są znacznie silniej połączone w trzech wymiarach, tworząc niezwykle twardy materiał.
Po wzmocnieniu wiązań między warstwami grafenu, może on przekształcić się w dwuwymiarową formę diamentu, znaną jako diaman. Problem w tym, że zazwyczaj nie jest to łatwe. Jedna z metod wymaga ekstremalnie wysokiego ciśnienia, a po jego ustąpieniu materiał powraca do postaci grafenu. W innych badaniach dodawano atomy wodoru do grafenu, ale to utrudnia kontrolowanie wiązań.
W ramach nowego badania naukowcy z Instytutu Nauk Podstawowych (IBS) i Narodowego Instytutu Nauki i Technologii w Ulsan (UNIST) zastąpili wodór fluorem. Pomysł polega na tym, że wystawienie dwuwarstwowego grafenu na działanie fluoru powoduje zbliżenie się obu warstw, tworząc między nimi silniejsze wiązania.
Zespół rozpoczął prace od stworzenia dwuwarstwowego grafenu, wykorzystując sprawdzoną metodę chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD), na podłożu z miedzi i niklu. Następnie poddali grafen działaniu oparów difluorku ksenonu. Fluor zawarty w tej mieszaninie przylega do atomów węgla, wzmacniając wiązania między warstwami grafenu i tworząc ultracienką warstwę fluorowanego diamentu, znaną jako F-diaman.
Nowy proces jest znacznie prostszy niż inne, co powinno ułatwić jego skalowanie. Ultracienkie warstwy diamentu mogą przyczynić się do powstania mocniejszych, mniejszych i bardziej elastycznych elementów elektronicznych, szczególnie w przypadku półprzewodników o dużej szczelinie międzystykowej.
„Ta prosta metoda fluorowania działa w temperaturze zbliżonej do pokojowej i pod niskim ciśnieniem, bez użycia plazmy ani żadnych mechanizmów aktywacji gazowej, co zmniejsza ryzyko powstawania defektów” – mówi Pavel V. Bakharev, pierwszy autor badania.
Czas publikacji: 24-04-2020