Графен уже известен своей невероятной прочностью, несмотря на то, что его толщина составляет всего один атом. Так как же сделать его еще сильнее? Разумеется, превратив его в алмазные листы. Исследователи из Южной Кореи разработали новый метод преобразования графена в тончайшие алмазные пленки без использования высокого давления.
Графен, графит и алмаз состоят из одного и того же материала — углерода, но разница между этими материалами заключается в том, как атомы углерода расположены и связаны друг с другом. Графен — это лист углерода толщиной всего в один атом с прочными горизонтальными связями. Графит состоит из листов графена, уложенных друг на друга, с прочными связями внутри каждого листа, но слабыми, соединяющими разные листы. А в алмазе атомы углерода гораздо прочнее связаны в трех измерениях, создавая невероятно твердый материал.
Когда связи между слоями графена укрепляются, он может стать двумерной формой алмаза, известной как диаман. Проблема в том, что обычно это нелегко сделать. Один из способов требует чрезвычайно высокого давления, и как только это давление снимается, материал снова превращается в графен. Другие исследования добавили к графену атомы водорода, но это затрудняет контроль над связями.
Для нового исследования исследователи из Института фундаментальных наук (IBS) и Ульсанского национального института науки и технологий (UNIST) заменили водород на фтор. Идея состоит в том, что, подвергая двухслойный графен воздействию фтора, он сближает два слоя, создавая более прочные связи между ними.
Команда начала с создания двухслойного графена с использованием проверенного метода химического осаждения из паровой фазы (CVD) на подложке из меди и никеля. Затем они подвергли графен воздействию паров дифторида ксенона. Фтор в этой смеси прилипает к атомам углерода, укрепляя связи между слоями графена и создавая ультратонкий слой фторированного алмаза, известный как F-диаман.
Новый процесс намного проще других, поэтому его относительно легко масштабировать. Ультратонкие листы алмаза могут стать более прочными, меньшими и более гибкими электронными компонентами, особенно широкозонными полупроводниками.
«Этот простой метод фторирования работает при температуре, близкой к комнатной, и при низком давлении без использования плазмы или каких-либо газовых механизмов активации, следовательно, снижает вероятность создания дефектов», — говорит Павел Бахарев, первый автор исследования.
Время публикации: 24 апреля 2020 г.