ฟิล์มเพชรบางเฉียบที่ทำจากกราฟีนอาจช่วยเพิ่มความทนทานให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

กราฟีนเป็นที่รู้จักกันดีอยู่แล้วว่ามีความแข็งแกร่งอย่างเหลือเชื่อ แม้จะมีเพียงความหนาระดับอะตอมเดียว ดังนั้นจะทำอย่างไรให้มันแข็งแกร่งยิ่งขึ้นไปอีก? แน่นอนว่าต้องเปลี่ยนมันให้เป็นแผ่นเพชร นักวิจัยในเกาหลีใต้ได้พัฒนาวิธีการใหม่ในการเปลี่ยนกราฟีนให้เป็นฟิล์มเพชรที่บางที่สุด โดยไม่ต้องใช้แรงดันสูง

กราฟีน กราไฟต์ และเพชร ล้วนทำมาจากธาตุเดียวกันคือคาร์บอน แต่ความแตกต่างระหว่างวัสดุเหล่านี้อยู่ที่วิธีการจัดเรียงและการยึดเหนี่ยวกันของอะตอมคาร์บอน กราฟีนเป็นแผ่นคาร์บอนที่มีความหนาเพียงอะตอมเดียว โดยมีพันธะที่แข็งแรงระหว่างอะตอมในแนวนอน กราไฟต์ประกอบด้วยแผ่นกราฟีนที่ซ้อนกัน โดยมีพันธะที่แข็งแรงภายในแต่ละแผ่น แต่มีพันธะที่อ่อนแอระหว่างแผ่นที่แตกต่างกัน และในเพชร อะตอมคาร์บอนจะเชื่อมต่อกันอย่างแข็งแรงกว่ามากในสามมิติ ทำให้เกิดวัสดุที่แข็งแกร่งอย่างเหลือเชื่อ

เมื่อพันธะระหว่างชั้นของกราฟีนแข็งแรงขึ้น มันสามารถกลายเป็นเพชรสองมิติที่เรียกว่าไดอะเมนได้ ปัญหาคือโดยปกติแล้วการทำเช่นนี้ไม่ใช่เรื่องง่าย วิธีหนึ่งต้องใช้แรงดันสูงมาก และทันทีที่แรงดันนั้นถูกถอดออก วัสดุก็จะกลับกลายเป็นกราฟีนอีกครั้ง การศึกษาอื่นๆ ได้เพิ่มอะตอมไฮโดรเจนเข้าไปในกราฟีน แต่ก็ทำให้ควบคุมพันธะได้ยากขึ้น

ในการศึกษาครั้งใหม่นี้ นักวิจัยจากสถาบันวิทยาศาสตร์พื้นฐาน (IBS) และสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติอุลซาน (UNIST) ได้ทำการเปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นฟลูออรีน โดยมีแนวคิดว่า การนำกราฟีนสองชั้นไปสัมผัสกับฟลูออรีน จะทำให้กราฟีนทั้งสองชั้นอยู่ใกล้กันมากขึ้น ส่งผลให้เกิดพันธะที่แข็งแรงขึ้นระหว่างกัน

ทีมวิจัยเริ่มต้นด้วยการสร้างกราฟีนสองชั้นโดยใช้วิธีการตกตะกอนไอสารเคมี (CVD) ซึ่งเป็นวิธีการที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว บนพื้นผิวที่ทำจากทองแดงและนิกเกล จากนั้น พวกเขานำกราฟีนไปสัมผัสกับไอของซีนอนไดฟลูออไรด์ ฟลูออรีนในส่วนผสมนั้นจะเกาะติดกับอะตอมของคาร์บอน เสริมความแข็งแรงของพันธะระหว่างชั้นกราฟีน และสร้างชั้นเพชรฟลูออริเนตบางเฉียบที่รู้จักกันในชื่อ F-diamane

กระบวนการใหม่นี้ง่ายกว่ากระบวนการอื่นๆ มาก ซึ่งน่าจะทำให้การขยายขนาดทำได้ค่อนข้างง่าย แผ่นเพชรบางเฉียบอาจนำไปสู่การผลิตชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่แข็งแรงกว่า เล็กกว่า และยืดหยุ่นกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งในฐานะสารกึ่งตัวนำที่มีช่องว่างพลังงานกว้าง

“วิธีการฟลูออริเนชันแบบง่ายนี้ทำงานได้ที่อุณหภูมิใกล้เคียงอุณหภูมิห้องและภายใต้ความดันต่ำ โดยไม่ต้องใช้พลาสมาหรือกลไกการกระตุ้นด้วยก๊าซใดๆ จึงช่วยลดโอกาสในการเกิดข้อบกพร่อง” พาเวล วี. บาคาเรฟ ผู้เขียนหลักของการศึกษา กล่าว