Grafeeni tunnetaan jo uskomattoman vahvana, vaikka se on vain yhden atomin paksuinen. Joten kuinka siitä voidaan tehdä vielä vahvempi? Tietenkin muuttamalla siitä timanttilevyjä. Etelä-Korean tutkijat ovat nyt kehittäneet uuden menetelmän grafeenin muuttamiseksi ohuimmiksi timanttikalvoiksi ilman korkeaa painetta.
Grafeeni, grafiitti ja timantti ovat kaikki valmistettu samasta aineesta – hiilestä – mutta ero näiden materiaalien välillä on siinä, miten hiiliatomit on järjestetty ja sidottu toisiinsa. Grafeeni on vain yhden atomin paksuinen hiililevy, jonka välillä on vahvat sidokset vaakasuunnassa. Grafiitti koostuu päällekkäin pinotuista grafeenilevyistä, joissa jokaisessa levyssä on vahvat sidokset, mutta heikot yhdistävät eri levyjä. Ja timantissa hiiliatomit ovat paljon vahvemmin sidoksissa kolmeen ulottuvuuteen, mikä luo uskomattoman kovan materiaalin.
Kun grafeenikerrosten väliset sidokset vahvistuvat, siitä voi tulla 2D-muotoinen timantti, joka tunnetaan nimellä diamaani. Ongelmana on, että tämä ei yleensä ole helppoa. Yksi tapa vaatii erittäin korkeita paineita, ja heti kun tämä paine poistetaan, materiaali palaa takaisin grafeeniksi. Muut tutkimukset ovat lisänneet vetyatomeja grafeeniin, mutta tämä vaikeuttaa sidosten hallintaa.
Uutta tutkimusta varten Institute for Basic Sciencen (IBS) ja Ulsanin kansallisen tiede- ja teknologiainstituutin (UNIST) tutkijat vaihtoivat vedyn fluoriin. Ajatuksena on, että altistamalla kaksikerroksinen grafeeni fluorille, se tuo kaksi kerrosta lähemmäksi toisiaan ja luo vahvemmat sidokset niiden välille.
Ryhmä aloitti luomalla kaksikerroksisen grafeenin käyttämällä hyväksi todettua kemiallisen höyrypinnoitusmenetelmää (CVD) kuparista ja nikkelistä valmistetulle alustalle. Sitten he altistivat grafeenin ksenondifluoridihöyryille. Tässä seoksessa oleva fluori tarttuu hiiliatomeihin vahvistaen sidoksia grafeenikerrosten välillä ja muodostaen erittäin ohuen kerroksen fluorattua timanttia, joka tunnetaan nimellä F-diamane.
Uusi prosessi on paljon yksinkertaisempi kuin muut, minkä pitäisi tehdä siitä suhteellisen helppo laajentaa. Ultraohuet timanttilevyt voisivat tehdä vahvempia, pienempiä ja joustavampia elektronisia komponentteja, erityisesti laajarakoisena puolijohteena.
"Tämä yksinkertainen fluorausmenetelmä toimii lähes huoneenlämpötilassa ja matalassa paineessa ilman plasman tai kaasuaktivointimekanismeja, mikä vähentää mahdollisuutta luoda vikoja", sanoo tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja Pavel V. Bakharev.
Postitusaika: 24.4.2020