Grafen er allerede kjent for å være utrolig sterkt, til tross for at det bare er ett atom tykt. Så hvordan kan det gjøres enda sterkere? Ved å gjøre det om til diamantark, selvfølgelig. Forskere i Sør-Korea har nå utviklet en ny metode for å omdanne grafen til de tynneste diamantfilmene, uten å måtte bruke høyt trykk.
Grafen, grafitt og diamant er alle laget av det samme - karbon - men forskjellen mellom disse materialene er hvordan karbonatomene er ordnet og bundet sammen. Grafen er et ark med karbon som bare er ett atom tykt, med sterke bindinger mellom dem horisontalt. Grafitt består av grafenark stablet oppå hverandre, med sterke bindinger innenfor hvert ark, men svake som forbinder forskjellige ark. Og i diamant er karbonatomene langt sterkere knyttet sammen i tre dimensjoner, og skaper et utrolig hardt materiale.
Når bindingene mellom lagene med grafen styrkes, kan det bli en 2D-form for diamant kjent som diamane. Problemet er at dette vanligvis ikke er lett å gjøre. En måte krever ekstremt høye trykk, og så snart det trykket er fjernet, går materialet tilbake til grafen. Andre studier har tilført hydrogenatomer til grafenet, men det gjør det vanskelig å kontrollere bindingene.
For den nye studien byttet forskere ved Institute for Basic Science (IBS) og Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) ut hydrogen med fluor. Tanken er at ved å eksponere tolags grafen for fluor, bringer det de to lagene nærmere hverandre, og skaper sterkere bånd mellom dem.
Teamet startet med å lage tolags grafen ved å bruke den velprøvde metoden for kjemisk dampavsetning (CVD), på et underlag laget av kobber og nikkel. Deretter utsatte de grafenet for damper av xenon-difluorid. Fluoret i den blandingen fester seg til karbonatomene, og styrker bindingene mellom grafenlagene og skaper et ultratynt lag av fluorert diamant, kjent som F-diamane.
Den nye prosessen er langt enklere enn andre, noe som burde gjøre det relativt enkelt å skalere opp. Ultratynne diamantplater kan gi sterkere, mindre og mer fleksible elektroniske komponenter, spesielt som en halvleder med stort gap.
"Denne enkle fluoreringsmetoden fungerer ved nesten romtemperatur og under lavt trykk uten bruk av plasma eller gassaktiveringsmekanismer, og reduserer dermed muligheten for å skape defekter," sier Pavel V. Bakharev, førsteforfatter av studien.
Innleggstid: 24. april 2020