Автор AZoNano 2 ноября 2020 г.

Объединение двух слоев графена – простой путь к блаженному формированию наноразмерного алмаза, но иногда лучше лучше.

Хотя для превращения обработанного двухслойного ультратонкого материала в кубическую решетку диамана может потребоваться лишь немного тепла, небольшое давление в нужном месте также может преобразовать несколько слоев графена.

По словам ученых из Университета Райса, которые в остальном химически управляемый процесс теоретически возможен, опубликовали свои последние мысли о производстве высококачественного диамана – двумерной формы алмаза – в журнале Small .

Исследование, проведенное теоретиком материалов Борисом Якобсоном и его коллегами из инженерной школы Райса Брауна, предполагает, что точка давления на многослойный графен, атомно-тонкую форму углерода, известную своей удивительной прочностью, может вызвать химическую реакцию на поверхности. с водородом или фтором.

Оттуда алмазоподобная решетка должна распространяться по всему материалу, когда атомы водорода или фтора зажигаются сверху и снизу и ковалентно связываются с поверхностями, вызывая углерод-углеродные связи между слоями.

Давление, приложенное к этому единственному пятну – всего несколько нанометров – совершенно не нужно для двухслойного слоя, но оно необходимо и должно становиться все сильнее для более толстых пленок, – сказал Якобсон. Для производства синтетического алмаза из объемного графита в промышленных масштабах требуется давление около 10-15 гигапаскалей, или 725 000 фунтов на квадратный дюйм

«Только на наномасштабе – в данном случае при нанометровой толщине – химия поверхности может самостоятельно изменять термодинамику кристалла, сдвигая точку фазового перехода с очень высокого давления на практически никакого давления », – сказал он .

Монокристаллическая алмазная пленка для электроники крайне желательна. Материал можно использовать как упрочненный изолятор или как теплопреобразователь для охлаждения наноэлектроники. Его можно легировать, чтобы он служил широкозонным полупроводником в транзисторах или элементом в оптических приложениях.

Якобсон и его коллеги разработали фазовую диаграмму в 2014 году, чтобы показать, как диаман может быть термодинамически осуществимым. По-прежнему нет простого способа сделать это, но новая работа добавляет критический компонент, которого не хватало более ранним исследованиям: способ преодоления энергетического барьера для зародышеобразования, который держит реакцию под контролем.

«До сих пор воспроизводимо только двухслойный графен был преобразован в диаман, но с помощью чистой химии», – сказал Якобсон. «Сочетание этого со слабым локальным давлением и механохимией, которую он запускает, кажется многообещающим путем, который следует попробовать».

«В более толстых пленках барьер быстро увеличивается с увеличением количества слоев», – добавил соавтор и бывший научный сотрудник Райс Павел Сорокин. «Внешнее давление может уменьшить этот барьер, но химия и давление должны играть вместе, чтобы получить двумерный алмаз».

Сергей Ерохин, приглашенный научный сотрудник в Райс и аспирант Национального университета науки и технологий в Москве, является ведущим автором статьи. Аспирант Райс Циюань Жуань является соавтором. Сорокин – заведующий лабораторией Технологического института сверхтвердых и новых углеродных материалов в Москве. Якобсон – профессор материаловедения и наноинжиниринга имени Карла Ф. Хассельмана и профессор химии в Райс.

Исследовательская инициатива «Армия риса», Управление военно-морских исследований и Министерство образования и науки Российской Федерации поддержали исследование.

Источник: https://www.rice.edu/