02.11.2020 - Rice University

Los científicos encuentran el camino hacia el nanodiamante del grafeno

Un punto de presión permite la conversión química a material 2D endurecido

Casar dos capas de grafeno es una ruta fácil para la dichosa formación del diamante a nanoescala, pero a veces más grueso es mejor.

Mientras que puede que sólo haga falta un poco de calor para convertir una bicapa tratada del material ultrafino en una red cúbica de diamante, un poco de presión en el lugar adecuado puede convertir también el grafeno de pocas capas.

Este proceso, que de otra manera sería impulsado por la química, es teóricamente posible de acuerdo con los científicos de la Universidad de Rice, quienes publicaron sus más recientes pensamientos sobre la fabricación de diamante de alta calidad - la forma 2D del diamante - en la revista Small.

La investigación dirigida por el teórico de materiales Boris Yakobson y sus colegas de la Escuela de Ingeniería Brown de Rice sugiere que un punto de presión en el grafeno de pocas capas, la forma de carbono delgada como un átomo conocida por su asombrosa fuerza, puede nuclear una reacción química superficial con hidrógeno o flúor.

A partir de ahí, el entramado similar al diamante debería propagarse por todo el material a medida que los átomos de hidrógeno o flúor se encienden en la parte superior e inferior y se unen covalentemente a las superficies, provocando conexiones de carbono y carbono entre las capas.

La presión aplicada a ese punto, tan pequeña como unos pocos nanómetros, es totalmente innecesaria para una bicapa, pero es necesaria y debe ser progresivamente más fuerte para películas más gruesas, dijo Yakobson. La fabricación de diamante sintético a partir de grafito a escala industrial requiere unos 10-15 gigapascales, o 725.000 libras por pulgada cuadrada, de presión.

"Sólo en la nanoescala - en este caso, a un espesor de un nanómetro - se hace posible que la química de la superficie por sí sola cambie la termodinámica del cristal, cambiando el punto de cambio de fase de una presión muy alta a prácticamente ninguna presión", dijo.

La película de diamante monocristalina para la electrónica es altamente deseable. El material podría utilizarse como aislante endurecido o como transductor de calor para enfriar la nanoelectrónica. Podría ser dopado para servir como semiconductor de banda ancha en transistores, o como elemento en aplicaciones ópticas.

Yakobson y sus colegas desarrollaron un diagrama de fase en 2014 para mostrar cómo el diamante podría ser termodinámicamente factible. Todavía no hay una forma fácil de hacerlo, pero el nuevo trabajo añade un componente crítico del que carecían las investigaciones anteriores: una forma de superar la barrera energética a la nucleación que mantiene la reacción bajo control.

"Hasta ahora sólo el grafeno bicapa se ha convertido reproduciblemente en diamante, pero a través de la química pura", dijo Yakobson. "Combinándolo con una pizca de presión local y la mecanoquímica que desencadena parece un camino prometedor que hay que intentar".

"En películas más gruesas, la barrera se eleva rápidamente con el número de capas", añadió el co-autor y ex-asociado postdoctoral de Rice, Pavel Sorokin. "La presión externa puede reducir esta barrera, pero la química y la presión deben jugar juntas para obtener un diamante 2D."

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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