Российские и американские исследователи разработали методику, позволяющую превращать многослойный графен в тончайшую наноалмазную пленку. Новый подход не имеет никаких принципиальных ограничений на практике и может применяться в промышленном производстве. Результаты исследования представлены в журнале Small.
Технология синтеза алмазных пленок усложняется по мере уменьшения их толщины. Ученые из НИТУ «МИСиС» и Университета Райса предложили новый подход, позволяющий использовать многослойный графен как основу для получения алмазных пленок.
«Важно то, что наша новая теория показывает, что подобным методом можно получить не просто нанопленки из кубического алмаза, а лонсдейлит, алмаз с гексагональной кристаллической решёткой. Такие лонсдейлитовые пленки еще не создавались ранее и наблюдались только как дефект в структуре алмаза», — отмечает один из авторов статьи Сергей Ерохин.
Графен представляет собой двумерный слой атомов углерода, напоминающих своей геометрией пчелиные соты. Слои графена, уложенные друг на друга, теоретически можно превратить в диаман, двумерный аналог алмаза, который будет оставаться стабильным при нормальном давлении и комнатной температуре. Теория предсказывала, что осаждение атомов водорода может позволить сформировать плёнки с числом слоев до 30, однако экспериментально удавалось получить только два. Как отметил ученый, формированию алмаза препятствует возникновения сильных механических напряжений в структуре многослойного графена при осаждении на его поверхность атомов водорода или фтора. Это приводит к быстрому росту барьера нуклеации алмаза с увеличением числа слоёв в плёнке.
Ученые показали, что осаждение сторонних атомов легко приводит к соединению только двух слоёв графена, а для более толстых пленок все же нужно прикладывать небольшое и всего лишь локальное давление для облегчения процесса алмазообразования, вполне достижимое в лабораторных условиях. Кроме того, требуется особым образом расположить слои графена. Теоретические результаты хорошо согласуются с имеющимися экспериментальными данными, а предложенный подход как отмечают ученые, не имеет каких-то принципиальных ограничений на практике и вполне может применяться в промышленном производстве после решения всех сопутствующих инженерно-технических проблем.
Десять лет истории науки: яркая и короткая жизнь харьковского химика