Graphene vốn được biết đến là cực kỳ bền, mặc dù chỉ dày một nguyên tử. Vậy làm cách nào để nó có thể trở nên mạnh mẽ hơn nữa? Tất nhiên là bằng cách biến nó thành những tấm kim cương. Các nhà nghiên cứu ở Hàn Quốc hiện đã phát triển một phương pháp mới để chuyển đổi graphene thành màng kim cương mỏng nhất mà không cần phải sử dụng áp suất cao.
Graphene, than chì và kim cương đều được làm từ cùng một chất liệu – cacbon – nhưng sự khác biệt giữa các vật liệu này là cách các nguyên tử cacbon được sắp xếp và liên kết với nhau. Graphene là một tấm carbon chỉ dày một nguyên tử, có liên kết chặt chẽ giữa chúng theo chiều ngang. Than chì được tạo thành từ các tấm graphene xếp chồng lên nhau, với các liên kết mạnh bên trong mỗi tấm nhưng các liên kết yếu kết nối các tấm khác nhau. Và trong kim cương, các nguyên tử carbon liên kết chặt chẽ hơn nhiều trong không gian ba chiều, tạo ra một loại vật liệu cực kỳ cứng.
Khi liên kết giữa các lớp graphene được tăng cường, nó có thể trở thành dạng kim cương 2D được gọi là diamane. Vấn đề là, điều này thường không dễ thực hiện. Một cách đòi hỏi áp suất cực cao, và ngay khi áp suất đó bị loại bỏ, vật liệu sẽ quay trở lại thành graphene. Các nghiên cứu khác đã bổ sung thêm các nguyên tử hydro vào graphene nhưng điều đó gây khó khăn cho việc kiểm soát các liên kết.
Đối với nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học Cơ bản (IBS) và Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia Ulsan (UNIST) đã đổi hydro lấy flo. Ý tưởng là bằng cách cho graphene hai lớp tiếp xúc với flo, nó sẽ mang hai lớp lại gần nhau hơn, tạo ra liên kết bền hơn giữa chúng.
Nhóm nghiên cứu bắt đầu bằng cách tạo ra graphene hai lớp bằng phương pháp lắng đọng hơi hóa học (CVD) đã được thử nghiệm và thực sự trên một chất nền làm từ đồng và niken. Sau đó, họ cho graphene tiếp xúc với hơi xenon Difluoride. Flo trong hỗn hợp đó dính vào các nguyên tử cacbon, tăng cường liên kết giữa các lớp graphene và tạo ra một lớp kim cương flo hóa siêu mỏng, được gọi là F-diamane.
Quy trình mới đơn giản hơn nhiều so với các quy trình khác, điều này sẽ giúp việc mở rộng quy mô tương đối dễ dàng. Các tấm kim cương siêu mỏng có thể chế tạo các linh kiện điện tử bền hơn, nhỏ hơn và linh hoạt hơn, đặc biệt là chất bán dẫn có khe hở rộng.
Pavel V. Bakharev, tác giả đầu tiên của nghiên cứu cho biết: “Phương pháp fluor hóa đơn giản này hoạt động ở nhiệt độ gần phòng và dưới áp suất thấp mà không sử dụng plasma hoặc bất kỳ cơ chế kích hoạt khí nào, do đó làm giảm khả năng tạo ra khuyết tật”.
Thời gian đăng: 24-04-2020