Графен превратили в алмазоподобный материал при комнатной температуре

Иллюстрация симуляций, демонстрирующих двухслойный графен (синий), легированный 10% азота (красный), претерпевающий фазовый переход с образованием sp³-гибридизованных атомов углерода (желтый).

Ученые из Нью-Йоркского университета разработали метод превращения двухслойного графена в алмазоподобный материал при комнатной температуре без экстремального нагрева. Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials Technologies.

Команда под руководством профессора Элизы Ридо обнаружила, что добавление атомов азота в процессе химического осаждения из паровой фазы (CVD) и последующее механическое давление позволяют преобразовать двухслойный графен в материал с sp³-связями, характерными для алмаза.

Как работает преобразование

Обычный графен состоит из sp²-связей, образующих плоскую гексагональную решетку. Алмаз имеет трехмерную структуру с sp³-связями, обеспечивающими его твердость. Азотное легирование снижает энергетический барьер для перехода между этими фазами.

Эксперименты показали, что легированные азотом двухслойные пленки графена демонстрируют почти вдвое большую жесткость по сравнению с неподложкой, что свидетельствует о формировании прочных межслойных связей. Молекулярно-динамическое моделирование подтвердило, что атомы азота стабилизируют sp³-связи между слоями при сжатии.

Перспективы применения

Метод совместим с промышленными процессами и позволяет создавать ультратонкие покрытия, сочетающие твердость алмаза с технологичностью графена. Это открывает перспективы для создания износостойких покрытий, сохраняющих преимущества графеновых подложек.

Остаются нерешенные вопросы: сохраняется ли алмазоподобная фаза после снятия давления и как преобразование влияет на электронные свойства материала. Дальнейшие исследования будут направлены на оптимизацию уровня легирования, давления и выбора подложки.

ИИ: Это исследование демонстрирует, что даже хорошо изученные материалы такие как графен продолжают преподносить сюрпризы. Возможность управляемо менять свойства углеродных материалов открывает путь к созданию адаптивных покрытий и электронных устройств нового поколения.