Графен уже известен своей невероятной прочностью, несмотря на то, что его толщина составляет всего один атом. Так как же сделать его еще прочнее? Конечно же, превратив его в алмазные листы. Исследователи из Южной Кореи разработали новый метод преобразования графена в тончайшие алмазные пленки без использования высокого давления.
Графен, графит и алмаз состоят из одного и того же вещества — углерода, — но разница между этими материалами заключается в расположении и способе соединения атомов углерода. Графен представляет собой слой углерода толщиной всего в один атом, с прочными горизонтальными связями между ними. Графит состоит из слоев графена, сложенных друг на друга, с прочными связями внутри каждого слоя, но слабыми связями между разными слоями. А в алмазе атомы углерода гораздо прочнее связаны в трех измерениях, создавая невероятно твердый материал.
Когда связи между слоями графена укрепляются, он может превратиться в двумерную форму алмаза, известную как диаман. Проблема в том, что это обычно непросто сделать. Один из способов требует чрезвычайно высокого давления, и как только это давление снимается, материал снова превращается в графен. В других исследованиях в графен добавляли атомы водорода, но это затрудняет контроль над связями.
В новом исследовании ученые из Института фундаментальных наук (IBS) и Национального института науки и технологий Ульсана (UNIST) заменили водород на фтор. Идея заключается в том, что воздействие фтора на двухслойный графен сближает два слоя, создавая между ними более прочные связи.
Команда начала с создания двухслойного графена, используя проверенный метод химического осаждения из газовой фазы (CVD) на подложке из меди и никеля. Затем они подвергли графен воздействию паров дифторида ксенона. Фтор в этой смеси связывается с атомами углерода, укрепляя связи между слоями графена и создавая сверхтонкий слой фторированного алмаза, известного как F-диаман.
Новый процесс намного проще других, что должно облегчить его масштабирование. Сверхтонкие алмазные листы могут позволить создавать более прочные, компактные и гибкие электронные компоненты, особенно в качестве широкозонного полупроводника.
«Этот простой метод фторирования работает при температуре, близкой к комнатной, и при низком давлении без использования плазмы или каких-либо механизмов газовой активации, что снижает вероятность образования дефектов», — говорит Павел В. Бахарев, первый автор исследования.
Дата публикации: 24 апреля 2020 г.