Grafen är redan känt för att vara otroligt starkt, trots att det bara är en atom tjockt. Så hur kan det göras ännu starkare? Genom att förvandla det till diamantskivor, förstås. Forskare i Sydkorea har nu utvecklat en ny metod för att omvandla grafen till de tunnaste diamantfilmerna, utan att behöva använda högt tryck.
Grafen, grafit och diamant är alla gjorda av samma material – kol – men skillnaden mellan dessa material är hur kolatomerna är arrangerade och bundna till varandra. Grafen är ett kolskikt som bara är en atom tjockt, med starka bindningar mellan dem horisontellt. Grafit består av grafenskikt staplade ovanpå varandra, med starka bindningar inom varje skikt men svaga som förbinder olika skikt. Och i diamant är kolatomerna mycket starkare sammanlänkade i tre dimensioner, vilket skapar ett otroligt hårt material.
När bindningarna mellan lager av grafen stärks kan det bli en 2D-form av diamant som kallas diaman. Problemet är att detta normalt inte är lätt att göra. Ett sätt kräver extremt höga tryck, och så fort det trycket avlägsnas återgår materialet till grafen. Andra studier har tillsatt väteatomer till grafenet, men det gör det svårt att kontrollera bindningarna.
I den nya studien bytte forskare vid Institute for Basic Science (IBS) och Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) ut fluor mot väte. Tanken är att genom att exponera dubbelskiktsgrafen för fluor förs de två lagren närmare varandra, vilket skapar starkare bindningar mellan dem.
Teamet började med att skapa tvåskiktsgrafen med hjälp av den beprövade metoden kemisk ångdeponering (CVD), på ett substrat av koppar och nickel. Sedan exponerade de grafenet för ångor av xenondifluorid. Fluoren i den blandningen fastnar vid kolatomerna, vilket stärker bindningarna mellan grafenlagren och skapar ett ultratunt lager av fluorerad diamant, känt som F-diaman.
Den nya processen är mycket enklare än andra, vilket borde göra den relativt enkel att skala upp. Ultratunna diamantskivor skulle kunna skapa starkare, mindre och mer flexibla elektroniska komponenter, särskilt som halvledare med breda ledare.
”Denna enkla fluoreringsmetod fungerar vid nära rumstemperatur och under lågt tryck utan användning av plasma eller några gasaktiveringsmekanismer, vilket minskar risken för att skapa defekter”, säger Pavel V. Bakharev, studiens förstaförfattare.
Publiceringstid: 24 april 2020