Unir dos capas de grafeno es una ruta fácil hacia la maravillosa formación de un diamante a nanoescala, pero a veces más grueso es mejor.

Si bien es posible que solo se necesite un poco de calor para convertir una bicapa tratada del material ultrafino en una celosía cúbica de diamane, un poco de presión en el lugar correcto también puede convertir el grafeno de pocas capas.

El proceso de otro modo impulsado químicamente es teóricamente posible según los científicos de la Universidad de Rice, que publicaron sus pensamientos más recientes sobre la fabricación de diamane de alta calidad, la forma 2-D del diamante, en la revista. Pequeña .

La investigación dirigida por el teórico de materiales Boris Yakobson y sus colegas de la Escuela de Ingeniería Brown de Rice sugiere un punto de presión sobre el grafeno de pocas capas, la forma de carbono delgada como un átomo conocida por su asombrosa fuerza, puede nuclear una reacción química superficial con hidrógeno o flúor.

Desde allí, la red similar a un diamante debe propagarse por todo el material a medida que los átomos de hidrógeno o flúor se posan en la parte superior e inferior y se unen covalentemente a las superficies, provocando conexiones carbono-carbono entre las capas.

La presión aplicada a ese punto, tan pequeña como unos pocos nanómetros, es completamente innecesaria para una bicapa, pero es necesaria y debe ser progresivamente más fuerte para películas más gruesas. Dijo Yakobson. La fabricación de diamantes sintéticos a partir de grafito a granel a escala industrial requiere alrededor de 10-15 gigapascales, o 725, 000 libras por pulgada cuadrada, de presión.

"Solo a nanoescala, en este caso, con un grosor de nanómetros:¿es posible que la química de la superficie por sí sola cambie la termodinámica del cristal? cambiar el punto de cambio de fase de una presión muy alta a prácticamente ninguna presión, " él dijo.

La película de diamante monocristalino para electrónica es muy deseable. El material podría usarse como aislante endurecido o como transductor de calor para enfriar nanoelectrónica. Podría doparse para servir como un semiconductor de banda ancha en transistores, o como elemento en aplicaciones ópticas.

Yakobson y sus colegas desarrollaron un diagrama de fases en 2014 para mostrar cómo diamane podría ser termodinámicamente factible. Todavía no hay una manera fácil de hacerlo pero el nuevo trabajo agrega un componente crítico del que carecía la investigación anterior:una forma de superar la barrera energética a la nucleación que mantiene la reacción bajo control.

"Hasta ahora, solo el grafeno bicapa se ha convertido de forma reproducible en diamane, pero a través de pura química, ", Dijo Yakobson." Combinarlo con una pizca de presión local y la mecanoquímica que desencadena parece un camino prometedor para intentar ".

"En películas más gruesas, la barrera se eleva rápidamente con el número de capas, ", agregó el coautor y ex asociado postdoctoral de Rice, Pavel Sorokin." La presión externa puede reducir esta barrera, pero la química y la presión deben jugar juntas para producir un diamante 2-D ".