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科學家找到無需高壓就能用石墨烯制出超薄金剛石膜的辦法

據外媒報道,雖然石墨烯隻有一個原子那麼厚,但它的強度想必大家都有所耳聞,不過怎樣有沒有什麼辦法讓變得更強呢?–把它變成一片片金剛石。韓國的研究人員現在就已經開發出一種可以将石墨烯轉化為最薄金剛石薄膜的辦法且無需使用高壓。

石墨烯、石墨和金剛石都是由同樣的材料–碳–制成,但這些材料的區别在于碳原子的排列和結合方式。石墨烯是一層隻有一個原子厚度的碳層,它們之間有很強的水平鍵。石墨是由一層一層堆疊起來的石墨烯片構成,每一層内部都有強鍵,不同的層則由弱鍵連接。在金剛石中,碳原子在三維空間中緊密相連進而形成了一種讓人難以置信的堅硬材料。

當石墨烯層間的鍵合被加強時,它就會變成一種2D形式的金剛石,被稱為diamane。問題是通常情況下很那做到。其中一種方法需要極高的壓力,一旦壓力消失,材料就會還原成石墨烯。其他研究則需要在石墨烯中加入氫原子,但這會讓對鍵的控制變得困難。

在這項新研究中,基礎科學研究所(IBS)和Ulsan國家科學技術研究所(UNIST)的研究人員将氫換成了氟。他們的想法是通過将雙層石墨烯暴露在氟原子中,通過這種方式使得兩層石墨烯更緊密地結合在一起從而形成更強的化學鍵。

研究小組首先利用了化學氣相沉積(CVD)的可靠方法在銅和鎳基闆上制備雙層石墨烯。然後他們将石墨烯暴露在二氟化氙的蒸汽中。此時,混合物中的氟原子會粘附在碳原子上,從而起到加強石墨烯層之間鍵合、形成一層超薄氟化金剛石即F-diamane的作用。

新流程比以往其他流程要簡單得多,這應該會讓其相對容易擴展。超薄金剛石則可以制成更堅固、更小、更靈活的電子元件尤其是作為寬間隙半導體。

該項研究首席作者Pavel V. Bakharev指出,這種簡單的氟化法能在接近室溫和低壓下工作且無需使用等離子體或任何氣體激活機制,因此這大大降低了産生缺陷的可能性。

相關研究報告已發表在《Nature Nanotechnology》上。

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