Graphene vốn đã nổi tiếng về độ bền đáng kinh ngạc, mặc dù chỉ dày một nguyên tử. Vậy làm thế nào để làm cho nó bền hơn nữa? Tất nhiên là bằng cách biến nó thành những tấm kim cương. Các nhà nghiên cứu ở Hàn Quốc hiện đã phát triển một phương pháp mới để chuyển đổi graphene thành những màng kim cương mỏng nhất, mà không cần sử dụng áp suất cao.
Graphene, graphite và kim cương đều được tạo thành từ cùng một chất – carbon – nhưng sự khác biệt giữa các vật liệu này nằm ở cách sắp xếp và liên kết của các nguyên tử carbon với nhau. Graphene là một tấm carbon chỉ dày một nguyên tử, với các liên kết mạnh giữa chúng theo chiều ngang. Graphite được tạo thành từ các tấm graphene xếp chồng lên nhau, với các liên kết mạnh bên trong mỗi tấm nhưng các liên kết yếu hơn giữa các tấm khác nhau. Còn trong kim cương, các nguyên tử carbon liên kết với nhau mạnh hơn nhiều trong không gian ba chiều, tạo ra một vật liệu cực kỳ cứng.
Khi các liên kết giữa các lớp graphene được tăng cường, nó có thể trở thành một dạng kim cương 2D được gọi là diamane. Vấn đề là, điều này thường không dễ thực hiện. Một phương pháp đòi hỏi áp suất cực cao, và ngay khi áp suất đó được loại bỏ, vật liệu sẽ trở lại thành graphene. Các nghiên cứu khác đã thêm các nguyên tử hydro vào graphene, nhưng điều đó lại gây khó khăn trong việc kiểm soát các liên kết.
Trong nghiên cứu mới này, các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học Cơ bản (IBS) và Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia Ulsan (UNIST) đã thay thế hydro bằng flo. Ý tưởng là bằng cách cho graphene hai lớp tiếp xúc với flo, nó sẽ đưa hai lớp lại gần nhau hơn, tạo ra các liên kết mạnh hơn giữa chúng.
Nhóm nghiên cứu bắt đầu bằng cách tạo ra graphene hai lớp bằng phương pháp lắng đọng hơi hóa học (CVD) đã được kiểm chứng, trên chất nền làm bằng đồng và niken. Sau đó, họ cho graphene tiếp xúc với hơi xenon difluoride. Flo trong hỗn hợp đó bám vào các nguyên tử carbon, làm tăng cường liên kết giữa các lớp graphene và tạo ra một lớp kim cương flo hóa siêu mỏng, được gọi là F-diamane.
Quy trình mới này đơn giản hơn nhiều so với các quy trình khác, điều này giúp việc mở rộng quy mô trở nên tương đối dễ dàng. Các tấm kim cương siêu mỏng có thể tạo ra các linh kiện điện tử mạnh hơn, nhỏ hơn và linh hoạt hơn, đặc biệt là với vai trò là chất bán dẫn có khe năng lượng rộng.
“Phương pháp flo hóa đơn giản này hoạt động ở nhiệt độ gần nhiệt độ phòng và dưới áp suất thấp mà không cần sử dụng plasma hoặc bất kỳ cơ chế kích hoạt khí nào, do đó giảm khả năng tạo ra các khuyết tật”, Pavel V. Bakharev, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết.
Thời gian đăng bài: 24/04/2020