ฟิล์มเพชรบางเฉียบที่ทำจากกราฟีนสามารถทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีความแกร่งขึ้นได้

กราฟีนเป็นที่รู้กันว่ามีความแข็งแกร่งอย่างไม่น่าเชื่อ แม้ว่าจะมีความหนาเพียงอะตอมเดียวก็ตาม แล้วจะแข็งแกร่งยิ่งขึ้นได้อย่างไร? โดยเปลี่ยนให้เป็นแผ่นเพชรแน่นอน ขณะนี้นักวิจัยในเกาหลีใต้ได้พัฒนาวิธีการใหม่ในการแปลงกราฟีนให้เป็นฟิล์มเพชรที่บางที่สุด โดยไม่ต้องใช้แรงดันสูง

กราฟีน กราไฟต์ และเพชรล้วนทำมาจากวัสดุชนิดเดียวกัน นั่นคือคาร์บอน แต่ความแตกต่างระหว่างวัสดุเหล่านี้อยู่ที่วิธีการจัดเรียงอะตอมของคาร์บอนและพันธะเข้าด้วยกัน กราฟีนเป็นแผ่นคาร์บอนที่มีความหนาเพียงอะตอมเดียว โดยมีพันธะอันแข็งแกร่งระหว่างพวกมันในแนวนอน กราไฟท์ประกอบด้วยแผ่นกราฟีนที่เรียงซ้อนกัน โดยมีพันธะที่แข็งแกร่งภายในแต่ละแผ่น แต่แผ่นที่อ่อนแอจะเชื่อมต่อแผ่นต่างๆ และในเพชร อะตอมของคาร์บอนมีการเชื่อมโยงกันอย่างแน่นหนามากขึ้นในสามมิติ ทำให้เกิดวัสดุที่มีความแข็งอย่างไม่น่าเชื่อ

เมื่อพันธะระหว่างชั้นของกราฟีนแข็งแรงขึ้น ก็จะกลายเป็นเพชรรูปแบบ 2 มิติที่เรียกว่าไดมานี ปัญหาคือ ปกติแล้วมันไม่ง่ายที่จะทำ วิธีหนึ่งต้องใช้แรงกดดันที่สูงมาก และทันทีที่แรงดันนั้นถูกกำจัดออกไป วัสดุก็จะกลับคืนสู่กราฟีน การศึกษาอื่นๆ ได้เพิ่มอะตอมไฮโดรเจนลงในกราฟีน แต่นั่นทำให้ควบคุมพันธะได้ยาก

สำหรับการศึกษาครั้งใหม่นี้ นักวิจัยจากสถาบันวิทยาศาสตร์พื้นฐาน (IBS) และสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติอุลซาน (UNIST) ได้เปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นฟลูออรีน แนวคิดก็คือโดยการเปิดเผยกราฟีนแบบสองชั้นกับฟลูออรีน จะทำให้สองชั้นอยู่ใกล้กันมากขึ้น ทำให้เกิดพันธะที่แน่นแฟ้นมากขึ้นระหว่างทั้งสองชั้น

ทีมงานเริ่มต้นด้วยการสร้างกราฟีนแบบสองชั้นโดยใช้วิธีการสะสมไอสารเคมี (CVD) ที่พยายามแล้วจริงบนพื้นผิวที่ทำจากทองแดงและนิกเกิล จากนั้น พวกเขาก็เปิดเผยกราฟีนกับไอของซีนอนไดฟลูออไรด์ ฟลูออรีนในส่วนผสมนั้นเกาะติดกับอะตอมของคาร์บอน เสริมสร้างพันธะระหว่างชั้นกราฟีน และสร้างชั้นบางเฉียบของเพชรฟลูออริเนตที่เรียกว่า F-diamane

กระบวนการใหม่นี้ง่ายกว่ากระบวนการอื่นๆ มาก ซึ่งน่าจะทำให้ขยายขนาดได้ค่อนข้างง่าย แผ่นเพชรบางเฉียบสามารถสร้างชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่แข็งแกร่ง มีขนาดเล็กลง และมีความยืดหยุ่นมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในฐานะที่เป็นสารกึ่งตัวนำที่มีช่องว่างกว้าง

“วิธีการฟลูออริเนชันแบบง่ายนี้ทำงานได้ที่อุณหภูมิใกล้ห้องและภายใต้ความดันต่ำโดยไม่ต้องใช้พลาสมาหรือกลไกการกระตุ้นก๊าซใดๆ ดังนั้นจึงลดความเป็นไปได้ที่จะเกิดข้อบกพร่อง” Pavel V. Bakharev ผู้เขียนคนแรกของการศึกษากล่าว