Графен вже відомий як неймовірно міцний, незважаючи на те, що він має товщину всього в один атом. Отже, як це зробити ще сильнішим? Перетворивши його на аркуші алмазу, звичайно. Дослідники з Південної Кореї розробили новий метод перетворення графену в найтонші алмазні плівки без використання високого тиску.
Графен, графіт і алмаз складаються з одного і того ж матеріалу – вуглецю, але різниця між цими матеріалами полягає в тому, як атоми вуглецю розташовані та зв’язані між собою. Графен — це шар вуглецю товщиною всього в один атом, між якими розташовані міцні горизонтальні зв’язки. Графіт складається з листів графену, складених один на одного, з міцними зв’язками всередині кожного аркуша, але слабкими зв’язками між різними листами. А в алмазі атоми вуглецю набагато сильніше пов’язані в трьох вимірах, створюючи неймовірно твердий матеріал.
Коли зв’язки між шарами графену зміцнюються, він може стати двовимірною формою алмазу, відомого як діаман. Проблема в тому, що зазвичай це непросто зробити. Один спосіб вимагає надзвичайно високого тиску, і як тільки цей тиск припиняється, матеріал повертається назад у графен. Інші дослідження додали атоми водню до графену, але це ускладнює контроль зв’язків.
Для нового дослідження дослідники з Інституту фундаментальних наук (IBS) і Ульсанського національного інституту науки і технологій (UNIST) замінили водень на фтор. Ідея полягає в тому, що піддаючи двошаровий графен дії фтору, він зближує два шари, створюючи міцніші зв’язки між ними.
Команда почала зі створення двошарового графену за допомогою перевіреного методу хімічного осадження з парової фази (CVD) на підкладці з міді та нікелю. Потім вони піддали графен дії парів дифториду ксенону. Фтор у цій суміші прилипає до атомів вуглецю, зміцнюючи зв’язки між шарами графену та створюючи ультратонкий шар фторованого алмазу, відомого як F-діаман.
Новий процес набагато простіший за інші, що має полегшити його масштабування. Ультратонкі листи алмазу можуть створювати міцніші, менші та гнучкіші електронні компоненти, зокрема як широкозонний напівпровідник.
«Цей простий метод фторування працює при температурі, близькій до кімнатної, і під низьким тиском без використання плазми чи будь-яких механізмів активації газу, отже, зменшує можливість утворення дефектів», — говорить Павло В. Бахарєв, перший автор дослідження.
Час публікації: 24 квітня 2020 р