Представьте себе материал гибкий и легкий, как фольга, которая становится жесткой и достаточно твердой, чтобы остановить пулю при ударе. Исследователи из Городского университета Нью-Йорка (CUNY) описывают процесс создания «диаменя» (diamene) – гибких слоистых листов графена, которые на время становятся непроницаемыми при ударе и жестче алмаза.
Ученые из Исследовательского центра передовой науки (ASRC) центра выпускников Городского университета Нью-Йорка упорно работали над теоретизированием и тестированием того, как два слоя графена – каждый толщиной в один атом – могут превратиться в алмазоподобный материал под воздействием удара при комнатной температуре. Команда также обнаружила, что момент превращения привел к внезапному снижению электрического тока, таким образом, предполагая, что «диамень» может иметь интересные электронные и спинтронные свойства. Новые результаты будут применены, скорее всего, в разработке износостойких защитных покрытий и сверхлегких пуленепробиваемых пленок.
«Это самая тонкая плёнка с жесткостью и твердостью алмаза из когда-либо созданных», – говорит Элиза Ридо, профессор физики Исследовательского центра передовой науки и ведущий исследователь проекта. «Раньше, когда мы тестировали графит или один атомный слой графена, мы применяли давление и чувствовали очень мягкую пленку. Но когда графитовая пленка была толщиной ровно в два слоя, мы внезапно поняли, что материал под давлением становится чрезвычайно твёрдым и таким же, или даже более, жестким, чем алмаз».
Анджело Боньорно, доцент кафедры химии в Колледже Статен-Айленда и участник исследовательской группы, разработал теорию создания «диаменя». Он и его коллеги использовали атомистическое компьютерное моделирование для проектирования потенциальных результатов при сжатии двух сотовых слоев графена в разных конфигурациях. Затем другие члены команды использовали атомно-силовой микроскоп для применения локализованного давления к двухслойному графену на подложках из карбида кремния и нашли полное соответствие с расчетами. Эксперимент и теория показывают, что этот переход графит-алмаз не происходит при более чем для двух слоях графена или при одном слое.
Графит и бриллианты полностью состоят из углерода, но атомы в них расположены по-разному, придавая им различные свойства, такие как твердость, гибкость и электрическую проводимость», – говорит Боньорно. «Наша новая методика позволяет нам манипулировать графитом так, чтобы он мог использовать полезные свойства алмаза при определенных условиях».
По словам исследователей, успешная работа их группы открывает возможности для исследования фазового перехода графит-алмаз в двумерных материалах. В будущих исследованиях можно было бы изучить методы стабилизации перехода и обеспечить дальнейшее применение полученных материалов.
