¿Pueden dos capas del "rey de los materiales maravillosos, "es decir, grafeno, estar vinculado y convertido en el material más delgado similar al diamante, el "rey de los cristales"? Investigadores del Centro de Materiales de Carbono Multidimensional (CMCM) dentro del Instituto de Ciencias Básicas (IBS, Corea del Sur) han informado en Nanotecnología de la naturaleza la primera observación experimental de una conversión químicamente inducida de grafeno bicapa de gran área en el material similar al diamante más delgado posible, en condiciones de presión y temperatura moderadas. Este flexible El material fuerte es un semiconductor de banda ancha, y por lo tanto tiene potencial para aplicaciones industriales en nanoóptica, nanoelectrónica, y puede servir como una plataforma prometedora para sistemas micro y nanoelectromecánicos.

Diamante, mina de lápiz, y el grafeno están hechos con los mismos componentes básicos:átomos de carbono (C). Todavía, es la configuración de los enlaces entre estos átomos lo que marca la diferencia. En un diamante Los átomos de carbono están fuertemente unidos en todas las direcciones y crean un material extremadamente duro con extraordinarios efectos eléctricos, térmico, propiedades ópticas y químicas. Con mina de lápiz, Los átomos de carbono están dispuestos como una pila de hojas y cada hoja es grafeno. Los fuertes enlaces carbono-carbono (C-C) forman el grafeno, pero los enlaces débiles entre las hojas se rompen fácilmente y en parte explican por qué la mina de lápiz es blanda. La creación de uniones entre capas entre capas de grafeno forma un material 2-D, similar a las películas delgadas de diamante, conocido como diamane, con muchas características superiores.

Los intentos anteriores de transformar el grafeno bicapa o multicapa en diamane se basaron en la adición de átomos de hidrógeno, o alta presión. En la antigua, la estructura química y la configuración de los enlaces son difíciles de controlar y caracterizar. En lo ultimo, la liberación de la presión hace que la muestra vuelva a ser grafeno. Los diamantes naturales también se forjan a alta temperatura y presión, en lo profundo de la Tierra. Sin embargo, Los científicos de IBS-CMCM probaron un enfoque ganador diferente.

El equipo ideó una nueva estrategia para promover la formación de diamane, al exponer grafeno bicapa al flúor (F), en lugar de hidrógeno. Utilizaron vapores de difluoruro de xenón (XeF ₂ ) como fuente de F, y no se necesitó alta presión. El resultado es un material ultrafino similar al diamante, a saber, monocapa de diamante fluorado:F-diamane, con enlaces entre capas y F en el exterior.

Para una descripción más detallada; La síntesis de F-diamane se logró fluorando grafeno bicapa de gran área en una lámina de metal monocristalino (aleación CuNi (111)), en el que se cultivó el tipo requerido de grafeno bicapa mediante deposición química en fase de vapor (CVD).

Convenientemente, Los enlaces C-F se pueden caracterizar y distinguir fácilmente de los enlaces C-C. El equipo analizó la muestra después de las 12, 6, y 2-3 horas de fluoración. Basado en los extensos estudios espectroscópicos y también en microscopía electrónica de transmisión, los investigadores pudieron demostrar inequívocamente que la adición de flúor en grafeno bicapa en determinadas condiciones bien definidas y reproducibles da como resultado la formación de F-diamane. Por ejemplo, el espacio entre capas entre dos hojas de grafeno es de 3,34 angstroms, pero se reduce a 1,93-2,18 angstroms cuando se forman los enlaces entre capas, como también lo predicen los estudios teóricos.

"Este sencillo método de fluoración funciona a una temperatura cercana a la ambiente y a baja presión sin el uso de plasma ni ningún mecanismo de activación de gas, por lo tanto, reduce la posibilidad de crear defectos, "señala Pavel V. Bakharev, el primer autor y coautor correspondiente.

Es más, la película F-diamane podría suspenderse libremente. "Descubrimos que podíamos obtener un diamante monocapa independiente transfiriendo F-diamane del sustrato CuNi (111) a una rejilla de microscopio electrónico de transmisión, seguido de otra ronda de fluoración suave, "dice Ming Huang, uno de los primeros autores.

Rodney S. Ruoff, El director de CMCM y profesor del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST) señala que este trabajo podría generar interés mundial en los diamanes, las películas más delgadas con forma de diamante, cuyas propiedades electrónicas y mecánicas se pueden ajustar alterando la terminación de la superficie utilizando técnicas de reacción de sustitución y / o nanopatrones. Señala además que tales películas de diamane también podrían eventualmente proporcionar una ruta hacia películas de diamantes monocristalinos de área muy grande.