Több rétegnyi grafénból készíthet ipari gyémántot egy új mechanokémiai eljárás

Nincsen túlélhető és fenntartható jövőnk tudomány nélkül, ahogy nekünk sincsen nélkületek. Támogasd a Qubit munkáját!

Két grafénréteg összepárosításával kialakítható egy nanoméretű gyémánt, és ehhez csak hőre, fluorra vagy hidrogénre, illetve némi nyomásra van szükség – állítják a Rice Egyetem kutatói. Az anyagkutatás elméletével foglalkozó Boris Yakobson és munkatársai által készült tanulmány szerint elvileg vegyi vezérléssel is végrehajtható az átalakítás folyamata.

A kutatók a Small szakfolyóiratban közölt tanulmányban azt írták, hogy az atomvastagságú szénréteg megfelelő pontjára gyakorolt nyomás felszínén kémiai reakció alakítható ki hidrogénnel vagy fluorral. Innentől a gyémántszerű rács hidrogén- vagy fluoratomként terjedhet, majd kovalens kötést alakíthat ki az anyagban, ami szén-szén kapcsolatot eredményez a különböző rétegek között.

A néhány nanométeres pontra gyakorolt nyomás felesleges is lehet, ha kétrétegű grafénnal dolgoznunk, de Yakobson szerint vastagabb rétegekkel dolgozva a nyomásra is szükség lehet. Az ömlesztett grafitból készített szintetikus gyémánt gyártásához nagyjából 10-15 gigapascal erősségű nyomásra van szükség.

Yakobson elmondta, hogy nanométeres nagyságrendben már a felszíni kémiai folyamatok is megváltoztathatják a kristályok termodinamikját, és a fázisváltáshoz nem nagyon nagy nyomásra lesz szükség, hanem gyakorlatilag semmilyenre.

Az egykristályos gyémántfilm nagy hatékonysággal alkalmazható az elektronikus eszközök gyártása során. Az anyag használható edzett szigetelőanyagként, illetve a nanoelektronikák hűtéséhez, de félvezetők és tranzisztorok gyártásához, illetve optikai eszközökhöz is alkalmazható.

Yakobson és munkatársai már 2014-ben kidolgoztak egy fázisdiagramot a grafén termodinamikai úton történő átalakításához. Ez még ma sem könnyű feladat, de az új kutatás egy olyan megközelítést használ, ami az eddigi kísérletekből hiányzott: egy új módszert a magképződés energiaigényének leküzdésére, ami kordában tarthatja a reakciót.

Eddig csak a kétrétegű grafént sikerült reprodukálható formában gyémánttá alakítani, és csak kémiai eljárásokkal. A megfelelő ponton alkalmazott helyi nyomás és a mechanokémia kombinációjával viszont az ennél több rétegből álló grafén gyémánttá alakítása sem tűnik lehetetlennek.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: