ฟิล์มเพชรบางเฉียบที่ทำจากกราฟีนอาจทำให้ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์แข็งแกร่งขึ้น

กราฟีนเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่ามีความแข็งแรงอย่างเหลือเชื่อ แม้ว่าจะมีความหนาเพียงอะตอมเดียว แล้วเราจะทำให้มันแข็งแรงยิ่งขึ้นได้อย่างไร? โดยการเปลี่ยนกราฟีนให้เป็นแผ่นเพชรนั่นเอง นักวิจัยในเกาหลีใต้ได้พัฒนาวิธีใหม่ในการแปลงกราฟีนให้เป็นแผ่นเพชรที่บางที่สุดโดยไม่ต้องใช้แรงดันสูง

กราฟีน กราไฟท์ และเพชร ล้วนทำมาจากวัสดุชนิดเดียวกัน คือ คาร์บอน แต่ความแตกต่างระหว่างวัสดุทั้งสองชนิดนี้อยู่ที่วิธีการจัดเรียงและเชื่อมพันธะระหว่างอะตอมของคาร์บอน กราฟีนเป็นแผ่นคาร์บอนที่มีความหนาเพียงอะตอมเดียว โดยมีพันธะที่แข็งแรงระหว่างอะตอมทั้งสองในแนวนอน กราไฟท์ประกอบด้วยแผ่นกราฟีนที่วางซ้อนกัน โดยแต่ละแผ่นมีพันธะที่แข็งแรง แต่มีพันธะที่อ่อนแอเชื่อมแผ่นต่างๆ เข้าด้วยกัน และในเพชร อะตอมของคาร์บอนจะเชื่อมกันอย่างแน่นหนากว่ามากในสามมิติ ทำให้ได้วัสดุที่มีความแข็งอย่างเหลือเชื่อ

เมื่อพันธะระหว่างชั้นของกราฟีนแข็งแรงขึ้น กราฟีนอาจกลายเป็นเพชร 2 มิติที่เรียกว่าไดอะมีน ปัญหาคือโดยปกติแล้วไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะทำ วิธีหนึ่งต้องใช้แรงกดดันสูงมาก และทันทีที่แรงกดดันนั้นหมดไป วัสดุจะกลับคืนสู่กราฟีนอีกครั้ง การศึกษาวิจัยอื่นๆ ได้เพิ่มอะตอมไฮโดรเจนลงในกราฟีน แต่การทำเช่นนี้ทำให้ยากต่อการควบคุมพันธะ

ในการศึกษาใหม่นี้ นักวิจัยจากสถาบันวิทยาศาสตร์พื้นฐาน (IBS) และสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติอุลซาน (UNIST) ได้เปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นฟลูออรีน แนวคิดคือ การนำกราฟีนสองชั้นมาสัมผัสกับฟลูออรีนจะทำให้ทั้งสองชั้นมีพันธะที่แน่นหนามากขึ้นระหว่างกัน

ทีมงานเริ่มต้นด้วยการสร้างกราฟีนสองชั้นโดยใช้เทคนิคการสะสมไอเคมี (CVD) ที่ได้รับการพิสูจน์แล้วบนพื้นผิวที่ทำจากทองแดงและนิกเกิล จากนั้นจึงนำกราฟีนไปสัมผัสกับไอของซีนอนไดฟลูออไรด์ ฟลูออรีนในส่วนผสมนั้นจะเกาะติดกับอะตอมคาร์บอน ทำให้พันธะระหว่างชั้นกราฟีนแข็งแรงขึ้น และสร้างชั้นเพชรฟลูออรีนที่บางมาก ซึ่งเรียกว่า F-diamane

กระบวนการใหม่นี้ง่ายกว่ากระบวนการอื่นมาก ซึ่งทำให้สามารถขยายขนาดได้ค่อนข้างง่าย แผ่นเพชรที่บางเป็นพิเศษสามารถผลิตชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่แข็งแรง เล็กลง และยืดหยุ่นมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อนำมาใช้เป็นสารกึ่งตัวนำที่มีช่องว่างกว้าง

“วิธีการฟลูออไรเซชันแบบง่ายๆ นี้ใช้ได้ผลที่อุณหภูมิใกล้ห้องและภายใต้แรงดันต่ำโดยไม่ต้องใช้พลาสมาหรือกลไกการกระตุ้นก๊าซใดๆ ดังนั้นจึงช่วยลดความเสี่ยงที่จะเกิดข้อบกพร่องได้” Pavel V. Bakharev ผู้เขียนคนแรกของการศึกษากล่าว