Grafen jest już znany z tego, że jest niesamowicie mocny, mimo że ma grubość zaledwie jednego atomu. Jak więc można go uczynić jeszcze mocniejszym? Oczywiście poprzez przekształcenie go w arkusze diamentu. Naukowcy z Korei Południowej opracowali nową metodę przekształcania grafenu w najcieńsze warstwy diamentu bez konieczności stosowania wysokiego ciśnienia.
Grafen, grafit i diament są wykonane z tego samego materiału – węgla – ale różnica między tymi materiałami polega na tym, jak atomy węgla są ułożone i połączone ze sobą. Grafen to warstwa węgla o grubości zaledwie jednego atomu, z silnymi wiązaniami między nimi w poziomie. Grafit składa się z warstw grafenu ułożonych jedna na drugiej, z silnymi wiązaniami wewnątrz każdej warstwy, ale słabymi wiązaniami łączącymi różne warstwy. A w diamencie atomy węgla są znacznie silniej połączone w trzech wymiarach, tworząc niesamowicie twardy materiał.
Gdy wiązania między warstwami grafenu zostaną wzmocnione, może on stać się dwuwymiarową formą diamentu znaną jako diaman. Problem polega na tym, że zwykle nie jest to łatwe do zrobienia. Jedna z metod wymaga ekstremalnie wysokich ciśnień, a gdy tylko ciśnienie zostanie usunięte, materiał powraca do postaci grafenu. Inne badania dodały atomy wodoru do grafenu, ale utrudnia to kontrolowanie wiązań.
W nowym badaniu naukowcy z Institute for Basic Science (IBS) i Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) zamienili wodór na fluor. Pomysł polega na tym, że poprzez wystawienie dwuwarstwowego grafenu na działanie fluoru, zbliża on dwie warstwy do siebie, tworząc między nimi silniejsze wiązania.
Zespół rozpoczął od stworzenia dwuwarstwowego grafenu przy użyciu sprawdzonej metody chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD) na podłożu z miedzi i niklu. Następnie wystawili grafen na działanie oparów difluorku ksenonu. Fluor w tej mieszance przywiera do atomów węgla, wzmacniając wiązania między warstwami grafenu i tworząc ultracienką warstwę fluorowanego diamentu, znaną jako F-diamane.
Nowy proces jest o wiele prostszy niż inne, co powinno sprawić, że skalowanie będzie stosunkowo łatwe. Ultracienkie arkusze diamentu mogą być mocniejsze, mniejsze i bardziej elastyczne, zwłaszcza jako półprzewodnik o szerokiej przerwie.
„Ta prosta metoda fluorowania działa w temperaturze zbliżonej do pokojowej i pod niskim ciśnieniem bez użycia plazmy lub jakichkolwiek mechanizmów aktywacji gazowej, co zmniejsza prawdopodobieństwo powstawania defektów” – mówi Pavel V. Bakharev, pierwszy autor badania.
Czas publikacji: 24-kwi-2020