Il grafene è già noto per essere incredibilmente forte, nonostante abbia lo spessore di un solo atomo. Allora come può essere reso ancora più forte? Trasformandolo in fogli di diamante, ovviamente. I ricercatori della Corea del Sud hanno ora sviluppato un nuovo metodo per convertire il grafene nelle pellicole di diamante più sottili, senza dover utilizzare l’alta pressione.
Grafene, grafite e diamante sono tutti fatti della stessa sostanza – carbonio – ma la differenza tra questi materiali è il modo in cui gli atomi di carbonio sono disposti e legati insieme. Il grafene è un foglio di carbonio spesso solo un atomo, con forti legami tra loro orizzontalmente. La grafite è costituita da fogli di grafene impilati uno sopra l'altro, con legami forti all'interno di ciascun foglio ma legami deboli che collegano fogli diversi. E nel diamante, gli atomi di carbonio sono molto più fortemente legati nelle tre dimensioni, creando un materiale incredibilmente duro.
Quando i legami tra gli strati di grafene vengono rafforzati, può diventare una forma 2D di diamante nota come diamane. Il problema è che normalmente non è facile da fare. Un modo richiede pressioni estremamente elevate e non appena tale pressione viene rimossa il materiale ritorna allo stato di grafene. Altri studi hanno aggiunto atomi di idrogeno al grafene, ma ciò rende difficile il controllo dei legami.
Per il nuovo studio, i ricercatori dell’Institute for Basic Science (IBS) e dell’Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) hanno sostituito l’idrogeno con il fluoro. L'idea è che esponendo il doppio strato di grafene al fluoro, i due strati si avvicinano, creando legami più forti tra loro.
Il team ha iniziato creando un doppio strato di grafene utilizzando il metodo collaudato della deposizione chimica da fase vapore (CVD), su un substrato di rame e nichel. Quindi, hanno esposto il grafene ai vapori di difluoruro di xeno. Il fluoro contenuto in quella miscela si attacca agli atomi di carbonio, rafforzando i legami tra gli strati di grafene e creando uno strato ultrasottile di diamante fluorurato, noto come F-diamane.
Il nuovo processo è molto più semplice di altri, il che dovrebbe renderne relativamente facile l’espansione. Fogli ultrasottili di diamante potrebbero creare componenti elettronici più resistenti, più piccoli e più flessibili, in particolare come semiconduttore ad ampio spazio.
"Questo semplice metodo di fluorurazione funziona a temperatura prossima a quella ambiente e a bassa pressione senza l'uso di plasma o meccanismi di attivazione del gas, riducendo quindi la possibilità di creare difetti", afferma Pavel V. Bakharev, primo autore dello studio.
Orario di pubblicazione: 24 aprile 2020