Team finder vej til nanodiamant fra grafen

At gifte sig med to lag grafen er en nem vej til den salige dannelse af nanoskala diamant, men nogle gange er tykkere bedre.

Selvom det måske kun tager en smule varme at forvandle et behandlet dobbeltlag af det ultratynde materiale til et kubisk gitter af diamane, lidt tryk på det helt rigtige sted kan også konvertere få-lags grafen.

Den ellers kemisk drevne proces er teoretisk mulig ifølge forskere ved Rice University, som offentliggjorde deres seneste tanker om fremstilling af højkvalitetsdiamane - 2-D-formen for diamant - i tidsskriftet Lille .

Forskningen ledet af materialeteoretikeren Boris Yakobson og hans kolleger ved Rice's Brown School of Engineering tyder på et pres på få-lags grafen, den atomtynde form af kulstof kendt for sin forbløffende styrke, kan kerne en overfladekemisk reaktion med brint eller fluor.

Derfra, det diamantlignende gitter skal forplante sig gennem hele materialet som brint- eller fluoratomer på toppen og bunden og binder kovalent til overfladerne, fremkalder kulstof-kulstof-forbindelser mellem lagene.

Trykket på det ene sted - så lille som et par nanometer - er fuldstændig unødvendigt for et dobbeltlag, men det er nødvendigt og skal gradvist blive stærkere for tykkere film, sagde Yakobson. At fremstille syntetisk diamant af bulk grafit i industriel skala kræver omkring 10-15 gigapascal, eller 725, 000 pund per kvadrattomme, af tryk.

"Kun på nanoskala - i dette tilfælde, ved nanometer tykkelse – bliver det muligt for overfladekemien alene at ændre krystallens termodynamik, at skifte faseskiftepunktet fra meget højt tryk til praktisk talt intet tryk, " han sagde.

Enkrystal diamantfilm til elektronik er yderst ønskeligt. Materialet kan bruges som en hærdet isolator eller som en varmetransducer til afkøling af nanoelektronik. Det kunne være dopet til at fungere som en bredbåndsgab-halvleder i transistorer, eller som et element i optiske applikationer.

Yakobson og hans kolleger udviklede et fasediagram i 2014 for at vise, hvordan diamane kan være termodynamisk gennemførligt. Der er stadig ingen nem måde at lave det på, men det nye arbejde tilføjer en kritisk komponent, den tidligere forskning manglede:en måde at overvinde den energiske barriere for kernedannelse, der holder reaktionen i skak.

"Indtil videre er kun tolagsgrafen blevet reproducerbart omdannet til diamane, men gennem ren og skær kemi, " sagde Yakobson. "At kombinere det med en knivspids lokalt pres og den mekanokemi, det udløser, virker som en lovende vej, der skal prøves."

"I tykkere film, barrieren stiger hurtigt med antallet af lag, " tilføjede medforfatter og tidligere Rice postdoc associeret Pavel Sorokin. "Eksternt pres kan reducere denne barriere, men kemi og pres skal spille sammen for at levere en 2-D diamant."