Sposare due strati di grafene è un percorso facile per la felice formazione di diamanti su scala nanometrica, ma a volte più spesso è meglio.

Anche se potrebbe essere necessario solo un po' di calore per trasformare un doppio strato trattato del materiale ultrasottile in un reticolo cubico di diamane, un po' di pressione nel posto giusto può convertire anche il grafene a pochi strati.

Il processo altrimenti guidato dalla chimica è teoricamente possibile secondo gli scienziati della Rice University, che hanno pubblicato i loro pensieri più recenti sulla creazione di diamane di alta qualità, la forma 2-D del diamante, nella rivista Piccolo .

La ricerca condotta dal teorico dei materiali Boris Yakobson e dai suoi colleghi della Brown School of Engineering di Rice suggerisce un punto di pressione sul grafene a pochi strati, la forma sottile di un atomo di carbonio nota per la sua forza sorprendente, può nucleare una reazione chimica superficiale con idrogeno o fluoro.

Da li, il reticolo simile a un diamante dovrebbe propagarsi in tutto il materiale mentre atomi di idrogeno o fluoro si posano sulla parte superiore e inferiore e si legano covalentemente alle superfici, provocando connessioni carbonio-carbonio tra gli strati.

La pressione applicata a quel punto, piccolo come pochi nanometri, è del tutto inutile per un doppio strato, ma è necessaria e deve essere progressivamente più forte per film più spessi, ha detto Yakobson. La produzione di diamante sintetico dalla grafite sfusa su scala industriale richiede circa 10-15 gigapascal, o 725, 000 libbre per pollice quadrato, di pressione.

"Solo su scala nanometrica, in questo caso, a uno spessore nanometrico:diventa possibile per la sola chimica di superficie modificare la termodinamica del cristallo, spostando il punto di cambiamento di fase da una pressione molto alta a una pressione praticamente nulla, " Egli ha detto.

La pellicola diamantata a cristallo singolo per l'elettronica è altamente desiderabile. Il materiale potrebbe essere utilizzato come isolante indurito o come trasduttore di calore per il raffreddamento della nanoelettronica. Potrebbe essere drogato per fungere da semiconduttore a banda larga nei transistor, o come elemento in applicazioni ottiche.

Yakobson e i suoi colleghi hanno sviluppato un diagramma di fase nel 2014 per mostrare come Diamane potrebbe essere termodinamicamente fattibile. Non c'è ancora un modo semplice per farlo, ma il nuovo lavoro aggiunge una componente critica che mancava alla ricerca precedente:un modo per superare la barriera energetica alla nucleazione che tiene sotto controllo la reazione.

"Finora solo il grafene a doppio strato è stato convertito in modo riproducibile in diamane, ma per pura chimica, "Ha detto Yakobson. "Combinandolo con un pizzico di pressione locale e la meccanochimica che innesca sembra un percorso promettente da provare".

"Nei film più spessi, la barriera sale rapidamente con il numero di strati, " ha aggiunto il coautore ed ex associato postdottorato della Rice Pavel Sorokin. "La pressione esterna può ridurre questa barriera, ma chimica e pressione devono giocare insieme per offrire un diamante 2-D".