Het trouwen van twee lagen grafeen is een gemakkelijke weg naar de zalige vorming van diamant op nanoschaal, maar soms is dikker beter.

Hoewel het misschien maar een beetje warmte kost om een ​​behandelde dubbellaag van het ultradunne materiaal om te zetten in een kubisch rooster van diamane, een beetje druk op de juiste plaats kan ook grafeen met weinig lagen omzetten.

Het anders chemisch gestuurde proces is theoretisch mogelijk volgens wetenschappers van Rice University, die hun meest recente gedachten over het maken van diamane van hoge kwaliteit - de 2D-vorm van diamant - in het tijdschrift publiceerden Klein .

Het onderzoek onder leiding van materiaaltheoreticus Boris Yakobson en zijn collega's van Rice's Brown School of Engineering suggereert een precieze druk op grafeen met weinig lagen, de atoomdunne vorm van koolstof die bekend staat om zijn verbazingwekkende kracht, kan een chemische oppervlaktereactie met waterstof of fluor kiemen.

Vanaf daar, het diamantachtige rooster zou zich door het materiaal moeten voortplanten als atomen van waterstof of fluor op de boven- en onderkant vallen en covalent binden aan de oppervlakken, waardoor koolstof-koolstofverbindingen tussen de lagen ontstaan.

De druk die op die ene plek wordt uitgeoefend - zo klein als een paar nanometer - is helemaal niet nodig voor een dubbellaag, maar is nodig en moet steeds sterker worden voor dikkere films, zei Yakobson. Het maken van synthetische diamant uit bulkgrafiet op industriële schaal vereist ongeveer 10-15 gigapascal, of 725, 000 pond per vierkante inch, van druk.

"Alleen op nanoschaal - in dit geval bij nanometerdikte - wordt het mogelijk dat alleen de oppervlaktechemie de thermodynamica van het kristal verandert, het faseovergangspunt verschuiven van zeer hoge druk naar praktisch geen druk, " hij zei.

Eenkristal-diamantfilm voor elektronica is zeer wenselijk. Het materiaal kan worden gebruikt als geharde isolator of als warmtetransducer voor het koelen van nano-elektronica. Het zou kunnen worden gedoteerd om te dienen als een halfgeleider met een brede bandafstand in transistors, of als element in optische toepassingen.

Yakobson en zijn collega's ontwikkelden in 2014 een fasediagram om te laten zien hoe diamane thermodynamisch haalbaar zou kunnen zijn. Er is nog steeds geen gemakkelijke manier om het te maken, maar het nieuwe werk voegt een cruciale component toe die het eerdere onderzoek ontbeerde:een manier om de energetische barrière voor nucleatie te overwinnen die de reactie onder controle houdt.

"Tot nu toe is alleen dubbellaags grafeen reproduceerbaar omgezet in diamane, maar door pure chemie, "Zei Yakobson. "Het combineren met een snuifje lokale druk en de mechanochemie die het teweegbrengt, lijkt een veelbelovend pad om te proberen."

"In dikkere films, de barrière stijgt snel met het aantal lagen, " voegde co-auteur en voormalig Rice postdoctoraal medewerker Pavel Sorokin toe. "Externe druk kan deze barrière verminderen, maar chemie en druk moeten samen spelen om een ​​2D-diamant te leveren."