Stel je een materiaal voor dat zo flexibel en licht is als folie dat stijf en hard genoeg wordt om een ​​kogel bij een impact te stoppen. In een nieuw gepubliceerd artikel in Natuur Nanotechnologie , onderzoekers van de City University of New York (CUNY) beschrijven een proces voor het maken van diamene:flexibel, gelaagde vellen grafeen die tijdelijk harder worden dan diamant en ondoordringbaar zijn bij impact.

Wetenschappers van het Advanced Science Research Center (ASRC) van het Graduate Center, CUNY, werkte om te theoretiseren en te testen hoe twee lagen grafeen - elk één atoom dik - konden worden gemaakt om bij een botsing bij kamertemperatuur in een diamantachtig materiaal te veranderen. Het team ontdekte ook dat het moment van conversie resulteerde in een plotselinge vermindering van elektrische stroom, wat suggereert dat diamene interessante elektronische en spintronische eigenschappen zou kunnen hebben. De nieuwe bevindingen zullen waarschijnlijk worden toegepast bij het ontwikkelen van slijtvaste beschermende coatings en ultralichte kogelwerende films.

"Dit is de dunste film met de stijfheid en hardheid van diamant ooit gemaakt, " zei Elisa Riedo, hoogleraar natuurkunde aan de ASRC en hoofdonderzoeker van het project. "Eerder, toen we grafiet of een enkele atomaire laag grafeen testten, we zouden druk uitoefenen en een zeer zachte film voelen. Maar toen de grafietfilm precies twee lagen dik was, ineens realiseerden we ons dat het materiaal onder druk extreem hard en even stijf werd, of stijver, dan bulkdiamant."

Angelo Bongiorno, universitair hoofddocent scheikunde aan het CUNY College van Staten Island en onderdeel van het onderzoeksteam, ontwikkelde de theorie voor het maken van diamen. Hij en zijn collega's gebruikten atomistische computersimulaties om mogelijke uitkomsten te modelleren bij het onder druk zetten van twee honingraatlagen van grafeen die in verschillende configuraties zijn uitgelijnd. Riedo en andere teamleden gebruikten vervolgens een atoomkrachtmicroscoop om gelokaliseerde druk uit te oefenen op tweelaags grafeen op siliciumcarbidesubstraten en vonden perfecte overeenstemming met de berekeningen. Experimenten en theorie laten beide zien dat deze grafiet-diamantovergang niet optreedt voor meer dan twee lagen of voor een enkele grafeenlaag.

"Grafiet en diamanten zijn beide volledig gemaakt van koolstof, maar de atomen zijn in elk materiaal anders gerangschikt, waardoor ze verschillende eigenschappen hebben, zoals hardheid, flexibiliteit en elektrische geleiding, Bongiorno zei. "Onze nieuwe techniek stelt ons in staat om grafiet te manipuleren zodat het onder specifieke omstandigheden de gunstige eigenschappen van een diamant kan aannemen."

Het succesvolle werk van het onderzoeksteam opent mogelijkheden voor het onderzoeken van grafiet-naar-diamant faseovergang in tweedimensionale materialen, volgens het papier. Toekomstig onderzoek zou methoden kunnen onderzoeken om de overgang te stabiliseren en verdere toepassingen voor de resulterende materialen mogelijk te maken.