Le graphène est déjà connu pour être incroyablement résistant, même s’il n’a qu’un atome d’épaisseur. Alors, comment peut-on le rendre encore plus fort ? En le transformant en feuilles de diamant, bien sûr. Des chercheurs sud-coréens ont développé une nouvelle méthode pour convertir le graphène en films de diamant les plus fins, sans avoir recours à une haute pression.
Le graphène, le graphite et le diamant sont tous constitués de la même matière – le carbone – mais la différence entre ces matériaux réside dans la manière dont les atomes de carbone sont disposés et liés entre eux. Le graphène est une feuille de carbone d’une épaisseur d’un seul atome, avec des liaisons fortes entre elles horizontalement. Le graphite est constitué de feuilles de graphène empilées les unes sur les autres, avec des liaisons fortes au sein de chaque feuille mais des liaisons faibles reliant différentes feuilles. Et dans le diamant, les atomes de carbone sont beaucoup plus fortement liés en trois dimensions, créant ainsi un matériau incroyablement dur.
Lorsque les liaisons entre les couches de graphène sont renforcées, celui-ci peut devenir une forme 2D de diamant connue sous le nom de diamane. Le problème est que ce n’est normalement pas facile à faire. Une méthode nécessite des pressions extrêmement élevées, et dès que cette pression est supprimée, le matériau redevient du graphène. D'autres études ont ajouté des atomes d'hydrogène au graphène, mais cela rend difficile le contrôle des liaisons.
Pour la nouvelle étude, des chercheurs de l’Institut des sciences fondamentales (IBS) et de l’Institut national des sciences et technologies d’Ulsan (UNIST) ont remplacé l’hydrogène par du fluor. L’idée est qu’en exposant le graphène bicouche au fluor, cela rapproche les deux couches, créant ainsi des liens plus forts entre elles.
L’équipe a commencé par créer du graphène bicouche en utilisant la méthode éprouvée de dépôt chimique en phase vapeur (CVD), sur un substrat composé de cuivre et de nickel. Ensuite, ils ont exposé le graphène à des vapeurs de difluorure de xénon. Le fluor contenu dans ce mélange adhère aux atomes de carbone, renforçant les liaisons entre les couches de graphène et créant une couche ultrafine de diamant fluoré, connue sous le nom de F-diamane.
Le nouveau processus est beaucoup plus simple que les autres, ce qui devrait permettre une mise à l’échelle relativement facile. Des feuilles de diamant ultrafines pourraient permettre de fabriquer des composants électroniques plus solides, plus petits et plus flexibles, notamment en tant que semi-conducteur à grand espace.
"Cette méthode simple de fluoration fonctionne à température ambiante et sous basse pression sans utiliser de plasma ou de mécanismes d'activation de gaz, réduisant ainsi le risque de création de défauts", explique Pavel V. Bakharev, premier auteur de l'étude.
Heure de publication : 24 avril 2020