Автор AZoNano 30 октября 2020 г.

]

Простым способом создания наноразмерных алмазов было бы объединение двух слоев графена, но иногда более толстый может оказаться лучше.

Хотя для получения кубической решетки диамана из обработанного двухслойного ультратонкого материала может потребоваться совсем немного тепла, малослойный графен также можно преобразовать, приложив небольшое давление именно в определенном месте.

Теперь, по мнению ученых из Университета Райса, в остальном химически управляемая процедура теоретически жизнеспособна. Университет Райса опубликовал свои последние мысли о производстве высококачественного диамана – двумерной (2D) формы алмаза – в журнале Small .

Возглавляемые теоретиком материалов Борисом Якобсоном и его сотрудниками из инженерной школы Джорджа Р. Брауна при Университете Райса, исследователи предположили, что небольшое давление применяется к многослойному графену – атомной форме углерода, знакомой для его исключительная сила – может вызвать химическую реакцию на поверхности с фтором или водородом.

И оттуда алмазоподобная решетка должна распространяться по материалу, когда атомы фтора или водорода зажигаются снизу и сверху и ковалентно прикрепляются к поверхностям, вызывая углерод-углеродные связи между слоями.

Якобсон заявил, что давление, прикладываемое к этому месту, – вплоть до нескольких нанометров – совершенно не нужно в случае бислоя, но тем не менее необходимо и должно быть все более сильным для более толстых пленок.

Для крупномасштабного производства синтетических алмазов из массивного графита требуется 725 000 фунтов на квадратный дюйм или около 10-15 гигапаскалей давления.

Только в наномасштабе – в данном случае при нанометровой толщине – становится возможным только химический состав поверхности изменять термодинамику кристалла, сдвигая точку фазового перехода от очень от высокого давления до практически полного отсутствия давления .

Борис Якобсон, теоретик материалов, инженерная школа Джорджа Р. Брауна, Университет Райса

Для электроники в значительной степени предпочтительна монокристаллическая алмазная пленка. Материал может быть использован как преобразователь тепла или как упрочненный изолятор для охлаждения наноэлектроники. Он может даже быть легированным, чтобы действовать как элемент в оптических приложениях или как широкозонный полупроводник в транзисторах.

В 2014 году Якобсон и его сотрудники разработали фазовую диаграмму, чтобы продемонстрировать, как диаман может быть термодинамически жизнеспособным. Хотя до сих пор нет простого способа производства диамана, последнее исследование добавляет важный элемент, который отсутствовал в предыдущем исследовании, – средство устранения энергетического препятствия для нуклеации, которое поддерживает реакцию.

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

Борис Якобсон, теоретик материалов, инженерная школа Джорджа Р. Брауна, Университет Райса

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

Сергей Ерохин, приглашенный научный сотрудник из Университета Райса и аспирант Национального университета науки и технологий в Москве, является ведущим автором исследования. Циюань Жуань, аспирантка Университета Райса, является соавтором исследования.

Сорокин возглавляет лабораторию Технологического института сверхтвердых и новых углеродных материалов в Москве. Якобсон – профессор материаловедения и наноинжиниринга Карла Ф. Хассельмана, а также профессор химии Университета Райса.

Исследование финансировалось Rice-Army Research Initiative, Управлением военно-морских исследований и Министерством образования и науки Российской Федерации.

Ссылка на журнал:

Ерохин, С.В., и др. . (2020) Нанотермодинамика химически индуцированного превращения графен – алмаз. Малый . doi.org/10.1002/smll.202004782.

Источник: https://news.rice.edu/[19459008visible