Grafen är redan känt för att vara otroligt starkt, trots att det bara är en atom tjockt. Så hur kan den göras ännu starkare? Genom att förvandla det till diamantskivor, förstås. Forskare i Sydkorea har nu utvecklat en ny metod för att omvandla grafen till de tunnaste diamantfilmerna, utan att behöva använda högtryck.
Grafen, grafit och diamant är alla gjorda av samma material – kol – men skillnaden mellan dessa material är hur kolatomerna är ordnade och sammanbundna. Grafen är ett ark av kol som bara är en atom tjockt, med starka bindningar mellan dem horisontellt. Grafit består av grafenark staplade ovanpå varandra, med starka bindningar inom varje ark men svaga som förbinder olika ark. Och i diamant är kolatomerna mycket starkare sammanlänkade i tre dimensioner, vilket skapar ett otroligt hårt material.
När bindningarna mellan lager av grafen stärks kan det bli en 2D-form av diamant som kallas diamane. Problemet är att detta normalt inte är lätt att göra. Ett sätt kräver extremt höga tryck, och så snart det trycket tas bort återgår materialet till grafen. Andra studier har lagt till väteatomer till grafenet, men det gör det svårt att kontrollera bindningarna.
För den nya studien bytte forskare vid Institutet för grundläggande vetenskap (IBS) och Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) ut väte mot fluor. Tanken är att genom att exponera tvåskiktsgrafen för fluor bringar det de två lagren närmare varandra, vilket skapar starkare bindningar mellan dem.
Teamet började med att skapa tvåskiktsgrafen med den beprövade metoden för kemisk ångavsättning (CVD), på ett substrat tillverkat av koppar och nickel. Sedan exponerade de grafenet för ångor av xenondifluorid. Fluoret i den blandningen fastnar på kolatomerna, stärker bindningarna mellan grafenskikten och skapar ett ultratunt skikt av fluorerad diamant, känd som F-diamane.
Den nya processen är mycket enklare än andra, vilket borde göra det relativt enkelt att skala upp. Ultratunna diamantskivor kan ge starkare, mindre och mer flexibla elektroniska komponenter, särskilt som en halvledare med breda gap.
"Denna enkla fluoreringsmetod fungerar nära rumstemperatur och under lågt tryck utan användning av plasma eller några gasaktiveringsmekanismer, vilket minskar risken för att skapa defekter", säger Pavel V. Bakharev, första författare till studien.
Posttid: 24 april 2020