¿Pueden dos capas del "rey de los materiales maravillosos", es decir, el grafeno, unirse y convertirse en el material más delgado con forma de diamante, el "rey de los cristales"? Investigadores del Centro de Materiales de Carbono Multidimensional CMCM dentroel Instituto de Ciencias Básicas IBS, Corea del Sur ha informado en Nanotecnología de la naturaleza la primera observación experimental de una conversión inducida químicamente de grafeno bicapa de gran área en el material similar al diamante más delgado posible, bajo condiciones moderadas de presión y temperatura. Este material flexible y fuerte es un semiconductor de banda ancha, y por lo tanto tiene potencialpara aplicaciones industriales en nano óptica, nanoelectrónica, y puede servir como una plataforma prometedora para sistemas micro y nano electromecánicos.
El diamante, la punta de lápiz y el grafeno están formados por los mismos bloques de construcción: átomos de carbono C. Sin embargo, es la configuración de los enlaces entre estos átomos lo que marca la diferencia. En un diamante, los átomos de carbono están fuertemente unidosen todas las direcciones y cree un material extremadamente duro con extraordinarias propiedades eléctricas, térmicas, ópticas y químicas. En la mina de lápiz, los átomos de carbono están dispuestos como una pila de láminas y cada lámina es grafeno. Los fuertes enlaces carbono-carbono CC forman grafeno, pero los enlaces débiles entre las hojas se rompen fácilmente y en parte explican por qué el lápiz es suave. La creación de enlaces entre capas entre las capas de grafeno forma un material 2D, similar a las películas delgadas de diamante, conocido como diamane, con muchas características superiores.
Los intentos previos para transformar el grafeno bicapa o multicapa en diamane se basaron en la adición de átomos de hidrógeno o alta presión. En el primero, la estructura química y la configuración de los enlaces son difíciles de controlar y caracterizar. En el segundo, la liberación dela presión hace que la muestra regrese a grafeno. Los diamantes naturales también se forjan a alta temperatura y presión, en el fondo de la Tierra. Sin embargo, los científicos del IBS-CMCM probaron un enfoque ganador diferente.
El equipo ideó una nueva estrategia para promover la formación de diamane, exponiendo la bicapa de grafeno a flúor F, en lugar de hidrógeno. Utilizaron vapores de difluoruro de xenón XeF2 como fuente de F, y no se necesitó presión alta.El resultado es un material ultradelgado similar a un 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 de bicapa de gran superficie sobre una lámina de metal monocristalino aleación de CuNi 111, en la cual se cultivó el tipo de grafeno bicapa necesario mediante deposición química de vapor CVD.
Convenientemente, los enlaces CF se pueden caracterizar y distinguir fácilmente de los enlaces CC. El equipo analizó la muestra después de 12, 6 y 2-3 horas de fluoración. Basado en amplios estudios espectroscópicos y también en microscopía electrónica de transmisión, los investigadores pudieronpara mostrar inequívocamente que la adición de flúor en el grafeno bicapa bajo ciertas condiciones bien definidas y reproducibles da como resultado la formación de diamane F. Por ejemplo, el espacio entre capas entre dos láminas de grafeno es 3.34 angstroms, pero se reduce a 1.93-2.18 angstromscuando se forman los enlaces entre capas, como también lo predijeron los estudios teóricos.
"Este método simple de fluoración funciona a temperatura ambiente y a baja presión sin el uso de plasma ni ningún mecanismo de activación de gases, por lo tanto reduce la posibilidad de crear defectos", señala Pavel V. Bakharev, primer autor y co-Autor correspondiente.
Además, la película F-diamane podría suspenderse libremente ". Descubrimos que podíamos obtener un diamante monocapa independiente al transferir F-diamane del sustrato CuNi 111 a una rejilla de microscopio electrónico de transmisión, seguido de otra rondade fluoración leve ", dice Ming Huang, uno de los primeros autores.
Rodney S. Ruoff, 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 pueden ser ajustadas poralterando la terminación de la superficie usando técnicas de reacción de nanopatterning y / o sustitución. Él señala además que tales películas diamane también podrían eventualmente proporcionar una ruta a películas de diamante monocristalino de área muy grande.
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Básicas . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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