Grafen jest już znany z tego, że jest niezwykle mocny, mimo że ma tylko jeden atom grubości. Jak więc uczynić go jeszcze silniejszym? Oczywiście zamieniając go w arkusze diamentu. Naukowcy z Korei Południowej opracowali nową metodę przekształcania grafenu w najcieńszą warstwę diamentu bez konieczności stosowania wysokiego ciśnienia.
Grafen, grafit i diament są wykonane z tego samego materiału – węgla – ale różnica między tymi materiałami polega na tym, jak atomy węgla są ułożone i powiązane ze sobą. Grafen to arkusz węgla o grubości zaledwie jednego atomu, z silnymi wiązaniami między nimi w poziomie. Grafit składa się z arkuszy grafenu ułożonych jeden na drugim, z mocnymi wiązaniami w każdym arkuszu, ale słabymi łączącymi różne arkusze. W diamencie atomy węgla są znacznie silniej połączone w trzech wymiarach, tworząc niezwykle twardy materiał.
Kiedy wiązania między warstwami grafenu zostaną wzmocnione, może on stać się dwuwymiarową formą diamentu znaną jako diaman. Problem w tym, że zwykle nie jest to łatwe. Jeden ze sposobów wymaga niezwykle wysokiego ciśnienia, a gdy tylko ciśnienie zostanie usunięte, materiał ponownie zamienia się w grafen. W innych badaniach do grafenu dodano atomy wodoru, ale to utrudnia kontrolę wiązań.
W nowym badaniu naukowcy z Instytutu Nauk Podstawowych (IBS) i Narodowego Instytutu Nauki i Technologii w Ulsan (UNIST) zamienili wodór na fluor. Pomysł jest taki, że wystawiając dwuwarstwowy grafen na działanie fluoru, zbliża on obie warstwy do siebie, tworząc między nimi silniejsze wiązania.
Zespół rozpoczął od stworzenia dwuwarstwowego grafenu przy użyciu sprawdzonej metody chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD) na podłożu wykonanym z miedzi i niklu. Następnie wystawili grafen na działanie par difluorku ksenonu. Fluor zawarty w tej mieszaninie przykleja się do atomów węgla, wzmacniając wiązania pomiędzy warstwami grafenu i tworząc ultracienką warstwę fluorowanego diamentu, znaną jako F-diaman.
Nowy proces jest znacznie prostszy niż inne, co powinno sprawić, że jego skalowanie będzie stosunkowo łatwe. Ultracienkie arkusze diamentu mogą pomóc w stworzeniu mocniejszych, mniejszych i bardziej elastycznych elementów elektronicznych, szczególnie w postaci półprzewodników o szerokiej przerwie.
„Ta prosta metoda fluorowania działa w temperaturze zbliżonej do pokojowej i pod niskim ciśnieniem, bez użycia plazmy ani jakichkolwiek mechanizmów aktywacji gazu, co zmniejsza ryzyko powstania defektów” – mówi Pavel V. Bakharev, pierwszy autor badania.
Czas publikacji: 24 kwietnia 2020 r