Graphene vốn đã nổi tiếng là cực kỳ bền chắc, mặc dù chỉ dày một nguyên tử. Vậy làm sao 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 phải sử dụng áp suất cao.
Graphene, graphite và kim cương đều được tạo thành từ cùng một chất liệu – carbon – nhưng sự khác biệt giữa các vật liệu này là cách các nguyên tử carbon được sắp xếp và liên kết 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 kết nối các tấm khác nhau. Và trong kim cương, các nguyên tử carbon liên kết chặt chẽ hơn nhiều theo 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 dạng kim cương 2D được gọi là diamane. Vấn đề là, điều này thường không dễ thực hiện. Một cách 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 khiến việc kiểm soát các liên kết trở nên khó khăn.
Đối với nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học Cơ bản (IBS) và Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia Ulsan (UNIST) đã hoán đổi hydro bằng flo. Ý tưởng là bằng cách tiếp xúc graphene hai lớp 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 thử nghiệm và chứng minh là đúng, trên một 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, tăng cường liên kết giữa các lớp graphene và tạo ra một lớp kim cương flo siêu mỏng, được gọi là F-diamane.
Quy trình mới này đơn giản hơn nhiều so với các quy trình khác, do đó có thể dễ dàng mở rộng quy mô. 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 chất bán dẫn khe hở rộng.
Pavel V. Bakharev, tác giả đầu tiên của nghiên cứu, cho biết: "Phương pháp flo hóa đơn giản này hoạt động ở nhiệt độ gần phòng và dưới áp suất thấp mà không cần sử dụng plasma hoặc bất kỳ cơ chế hoạt hóa khí nào, do đó làm giảm khả năng tạo ra khuyết tật".
Thời gian đăng: 24-04-2020