Grafen er þegar þekkt fyrir að vera ótrúlega sterkt, þrátt fyrir að vera aðeins eitt atóm þykkt. Svo hvernig er hægt að gera það enn sterkara? Með því að breyta því í blöð af demant, auðvitað. Vísindamenn í Suður-Kóreu hafa nú þróað nýja aðferð til að breyta grafeni í þynnstu demantsfilmurnar, án þess að þurfa að nota háþrýsting.
Grafen, grafít og demantur eru öll úr sama efninu – kolefni – en munurinn á þessum efnum er hvernig kolefnisatómunum er raðað og tengt saman. Grafen er lak af kolefni sem er aðeins eitt atóm þykkt, með sterkum tengjum á milli þeirra lárétt. Grafít er byggt upp úr grafenplötum sem er staflað ofan á hvort annað, með sterkum tengingum innan hvers blaðs en veikum sem tengja saman mismunandi blöð. Og í demantum eru kolefnisatómin mun sterkari tengd í þrívídd, sem skapar ótrúlega hart efni.
Þegar tengslin milli grafenlaga styrkjast getur það orðið að tvívíddarformi demants sem kallast diamane. Vandamálið er að þetta er venjulega ekki auðvelt að gera. Ein leið krefst mjög hás þrýstings og um leið og sá þrýstingur er fjarlægður breytist efnið aftur í grafen. Aðrar rannsóknir hafa bætt vetnisatómum við grafenið, en það gerir það erfitt að stjórna tengjunum.
Fyrir nýju rannsóknina skiptu vísindamenn við Institute for Basic Science (IBS) og Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) út vetni fyrir flúor. Hugmyndin er sú að með því að útsetja tvílags grafen fyrir flúor færir það lögin tvö nær saman og myndar sterkari tengsl á milli þeirra.
Liðið byrjaði á því að búa til tvílaga grafen með því að nota hina sannreyndu aðferð við efnagufuútfellingu (CVD), á undirlagi úr kopar og nikkel. Síðan útsettu þeir grafenið fyrir gufu af xenón tvíflúoríði. Flúorið í þeirri blöndu festist við kolefnisatómin, styrkir tengsl milli grafenlaga og myndar ofurþunnt lag af flúoruðum demanti, þekktur sem F-diamane.
Nýja ferlið er mun einfaldara en önnur, sem ætti að gera það tiltölulega auðvelt að stækka. Ofurþunnt demantarblöð gætu skapað sterkari, minni og sveigjanlegri rafeindaíhluti, sérstaklega sem hálfleiðara með breitt bil.
„Þessi einfalda flúorunaraðferð virkar við nánast stofuhita og við lágan þrýsting án þess að nota plasma eða gasvirkjun, og dregur þess vegna úr möguleikanum á að skapa galla,“ segir Pavel V. Bakharev, fyrsti höfundur rannsóknarinnar.
Birtingartími: 24. apríl 2020