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无需高压就能用石墨烯制出超薄金刚石膜的办法

http://www.aiyrlg.com    来源:cnBeta    日期:2019-12-24

据外媒报道,虽然石墨烯只有一个原子那么厚,但它的强度想必大家都有所耳闻,不过怎样有没有什么办法让变得更强呢?--把它变成一片片金刚石。韩国的研究人员现在就已经开发出一种可以将石墨烯转化为最薄金刚石薄膜的办法且无需使用高压。

石墨烯、石墨和金刚石都是由同样的材料--碳--制成,但这些材料的区别在于碳原子的排列和结合方式。石墨烯是一层只有一个原子厚度的碳层,它们之间有很强的水平键。石墨是由一层一层堆叠起来的石墨烯片构成,每一层内部都有强键,不同的层则由弱键连接。在金刚石中,碳原子在三维空间中紧密相连进而形成了一种让人难以置信的坚硬材料。

当石墨烯层间的键合被加强时,它就会变成一种2D形式的金刚石,被称为diamane。问题是通常情况下很那做到。其中一种方法需要极高的压力,一旦压力消失,材料就会还原成石墨烯。其他研究则需要在石墨烯中加入氢原子,但这会让对键的控制变得困难。

在这项新研究中,基础科学研究所(IBS)和Ulsan国家科学技术研究所(UNIST)的研究人员将氢换成了氟。他们的想法是通过将双层石墨烯暴露在氟原子中,通过这种方式使得两层石墨烯更紧密地结合在一起从而形成更强的化学键。

研究小组首先利用了化学气相沉积(CVD)的可靠方法在铜和镍基板上制备双层石墨烯。然后他们将石墨烯暴露在二氟化氙的蒸汽中。此时,混合物中的氟原子会粘附在碳原子上,从而起到加强石墨烯层之间键合、形成一层超薄氟化金刚石即F-diamane的作用。

新流程比以往其他流程要简单得多,这应该会让其相对容易扩展。超薄金刚石则可以制成更坚固、更小、更灵活的电子元件尤其是作为宽间隙半导体。

该项研究首席作者Pavel V. Bakharev指出,这种简单的氟化法能在接近室温和低压下工作且无需使用等离子体或任何气体激活机制,因此这大大降低了产生缺陷的可能性。

相关研究报告已发表在《Nature Nanotechnology》上。

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