Графен вже відомий своєю неймовірною міцністю, незважаючи на товщину всього одного атома. Тож як можна зробити його ще міцнішим? Звичайно ж, перетворивши його на алмазні листи. Дослідники з Південної Кореї розробили новий метод перетворення графену на найтонші алмазні плівки без використання високого тиску.
Графен, графіт і алмаз складаються з одного й того ж матеріалу – вуглецю – але різниця між цими матеріалами полягає в тому, як атоми вуглецю розташовані та зв'язані між собою. Графен – це шар вуглецю товщиною лише в один атом, з міцними горизонтальними зв'язками між ними. Графіт складається з шарів графену, покладених один на одного, з міцними зв'язками всередині кожного шару, але слабкими, що з'єднують різні шари. А в алмазі атоми вуглецю набагато міцніше пов'язані в трьох вимірах, створюючи неймовірно твердий матеріал.
Коли зв'язки між шарами графену зміцнюються, він може перетворитися на двовимірну форму алмаза, відому як діаман. Проблема полягає в тому, що зазвичай це нелегко зробити. Один із способів вимагає надзвичайно високого тиску, і щойно цей тиск знімається, матеріал знову перетворюється на графен. В інших дослідженнях до графену додавали атоми водню, але це ускладнює контроль зв'язків.
Для нового дослідження дослідники з Інституту фундаментальних наук (IBS) та Ульсанського національного інституту науки і технологій (UNIST) замінили водень на фтор. Ідея полягає в тому, що, піддаючи двошаровий графен впливу фтору, це зближує два шари один з одним, створюючи міцніші зв'язки між ними.
Команда почала зі створення двошарового графену за допомогою перевіреного методу хімічного осадження з парової фази (CVD) на підкладці з міді та нікелю. Потім вони піддали графен впливу парів дифториду ксенону. Фтор у цій суміші прилипає до атомів вуглецю, зміцнюючи зв'язки між шарами графену та створюючи надтонкий шар фторованого алмазу, відомого як F-діаман.
Новий процес набагато простіший за інші, що має зробити його відносно легким для масштабування. Ультратонкі алмазні листи можуть зробити його міцнішими, меншими та гнучкішими електронними компонентами, зокрема, як напівпровідник із широкою забороненою зоною.
«Цей простий метод фторування працює при температурі, близькій до кімнатної, та під низьким тиском без використання плазми чи будь-яких механізмів активації газу, що зменшує ймовірність утворення дефектів», — каже Павло В. Бахарєв, перший автор дослідження.
Час публікації: 24 квітня 2020 р.