科學(xué)家找到無需高壓就能用石墨烯制出超薄金剛石膜的辦法

韓國的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種可以將石墨烯轉(zhuǎn)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(qū)別在于碳原子的排列和結(jié)合方式。石墨烯是一層只有一個原子厚度的碳層，它們之間有很強(qiáng)的水平鍵。石墨是由一層一層堆疊起來的石墨烯片構(gòu)成，每一層內(nèi)部都有強(qiáng)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(jìn)而形成了一種讓人難以置信的堅硬材料。

當(dāng)石墨烯層間的鍵合被加強(qiáng)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難做到。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(chǔ)科學(xué)研究所(IBS)和Ulsan國家科學(xué)技術(shù)研究所(UNIST)的研究人員將氫換成了氟。他們的想法是通過將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(jié)合在一起從而形成更強(qiáng)的化學(xué)鍵。

研究小組首先利用了化學(xué)氣相沉積(CVD)的可靠方法在銅和鎳基板上制備雙層石墨烯。然后他們將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黏附在碳原子上，從而起到加強(qiáng)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(yīng)該會讓其相對容易擴(kuò)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(dǎo)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(jī)制，因此這大大降低了產(chǎn)生缺陷的可能性。相關(guān)研究報告已發(fā)表在《Nature Nanotechnology》上 (百度資訊)