Possono due strati del "re dei materiali delle meraviglie, "cioè grafene, essere collegato e convertito nel materiale più sottile simile al diamante, il "re dei cristalli?" Ricercatori del Center for Multidimensional Carbon Materials (CMCM) all'interno dell'Institute for Basic Science (IBS, Corea del Sud) hanno segnalato in Nanotecnologia della natura la prima osservazione sperimentale di una conversione chimicamente indotta di grafene a doppio strato di grande area nel materiale più sottile possibile simile al diamante, in condizioni moderate di pressione e temperatura. Questo flessibile, il materiale forte è un semiconduttore a banda larga, e quindi ha potenziale per applicazioni industriali in nano-ottica, nanoelettronica, e può fungere da piattaforma promettente per i sistemi micro e nanoelettromeccanici.

Diamante, Mina di matita, e grafene sono realizzati con gli stessi elementi costitutivi:atomi di carbonio (C). Ancora, è la configurazione dei legami tra questi atomi che fa la differenza. In un diamante, gli atomi di carbonio sono fortemente legati in tutte le direzioni e creano un materiale estremamente duro con straordinarie caratteristiche elettriche, termico, proprietà ottiche e chimiche. A matita, gli atomi di carbonio sono disposti come una pila di fogli e ogni foglio è grafene. I forti legami carbonio-carbonio (C-C) costituiscono il grafene, ma i legami deboli tra i fogli si rompono facilmente e in parte spiegano perché la mina della matita è morbida. La creazione di un legame interstrato tra gli strati di grafene forma un materiale 2-D, simili a sottili film diamantati, noto come diamane, con molte caratteristiche superiori.

I precedenti tentativi di trasformare il grafene a doppio strato o multistrato in diamane si basavano sull'aggiunta di atomi di idrogeno, o ad alta pressione. Nella prima, la struttura chimica e la configurazione dei legami sono difficili da controllare e caratterizzare. In quest'ultimo, il rilascio della pressione fa ritornare il campione al grafene. I diamanti naturali sono anche forgiati ad alta temperatura e pressione, nel profondo della Terra. Però, Gli scienziati di IBS-CMCM hanno provato un approccio vincente diverso.

Il team ha ideato una nuova strategia per promuovere la formazione di diamane, esponendo il grafene a doppio strato al fluoro (F), invece dell'idrogeno. Hanno usato vapori di difluoruro di xeno (XeF ₂ ) come fonte di F, e non era necessaria l'alta pressione. Il risultato è un materiale ultrasottile simile al diamante, vale a dire monostrato di diamante fluorurato:F-diamane, con legami intercalari e F all'esterno.

Per una descrizione più dettagliata; la sintesi di F-diamane è stata ottenuta fluorurando il grafene a doppio strato di ampia area su un foglio di metallo a cristallo singolo (lega di CuNi (111), su cui è stato coltivato il tipo richiesto di grafene a doppio strato tramite deposizione chimica in fase vapore (CVD).

convenientemente, I legami C-F possono essere facilmente caratterizzati e distinti dai legami C-C. Il team ha analizzato il campione dopo 12, 6, e 2-3 ore di fluorurazione. Sulla base degli ampi studi spettroscopici e anche della microscopia elettronica a trasmissione, i ricercatori sono stati in grado di dimostrare inequivocabilmente che l'aggiunta di fluoro sul grafene a doppio strato in determinate condizioni ben definite e riproducibili porta alla formazione di F-diamane. Per esempio, lo spazio intercalare tra due fogli di grafene è 3,34 angstrom, ma si riduce a 1,93-2,18 angstrom quando si formano i legami interstrato, come previsto anche dagli studi teorici.

"Questo semplice metodo di fluorurazione funziona a temperatura quasi ambiente e a bassa pressione senza l'uso di plasma o meccanismi di attivazione del gas, quindi riduce la possibilità di creare difetti, " sottolinea Pavel V. Bakharev, il primo autore e l'autore corrispondente.

Inoltre, il film F-diamane poteva essere sospeso liberamente. "Abbiamo scoperto che potevamo ottenere un diamante monostrato indipendente trasferendo F-diamane dal substrato CuNi(111) a una griglia di microscopio elettronico a trasmissione, seguito da un altro ciclo di lieve fluorurazione, "dice Ming Huang, uno dei primi autori.

Rodney S. Ruoff, Il direttore e professore del CMCM presso l'Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) osserva che questo lavoro potrebbe generare interesse in tutto il mondo per diamanes, le più sottili pellicole diamantate, le cui proprietà elettroniche e meccaniche possono essere regolate alterando la terminazione superficiale mediante tecniche di nanopatterning e/o di reazione di sostituzione. Egli osserva inoltre che tali film di diamane potrebbero anche fornire un percorso per film di diamante a cristallo singolo di area molto ampia.