近日，來自美國萊斯大學(xué)和莫斯科的科學(xué)家們在美國化學(xué)學(xué)會期刊Nano Letter發(fā)表研究，利用無壓法嘗試研制超薄金剛石薄膜。

       工作人員發(fā)現(xiàn)，在一定條件下利用化學(xué)誘導(dǎo)相變的方法可以完整的生長出金剛石薄膜，而且還不需要任何壓力條件和設(shè)備。這種叫做diamane的金剛石超級薄膜擁有金剛石所有的優(yōu)越特性諸如半導(dǎo)體性能和熱導(dǎo)性能等。

       Diamane金剛石薄膜有著廣泛的應(yīng)用前景，莫斯科超硬材料及新型炭材料技術(shù)所的資深研究員Sorokin說：在納米電容器中，diamane金剛石薄膜可以用作超薄電介質(zhì)硬膜；在納米電子器件中用作納米零部件。此外，納米光學(xué)領(lǐng)域也離不開這種優(yōu)越的diamane薄膜。
       繪制出的這種diamane金剛石薄膜生長的相圖給出了薄膜生長的溫度、壓力和其他影響因素等，顯示了一個完整的由石墨烯層轉(zhuǎn)化為無瑕疵的完美金剛石晶體的過程。

       Diamane薄膜這種二維材料用傳統(tǒng)的方法是制造不出來的，科學(xué)家Richard Feynman采用微觀入手的理念，采用表面氫化的化學(xué)誘導(dǎo)相變方法成功利用石墨烯研制出來。研究者通過電腦建模來模仿diamane薄膜生長過程中每一個原子的原子力，包括石墨烯原子和氫原子（實驗中氫做催化反應(yīng)用）。實驗發(fā)現(xiàn)，利用化學(xué)方法，在實驗條件滿足各方面要求的情況下石墨烯才會轉(zhuǎn)化為金剛石。

       相圖展示了在每一個壓力點和溫度點上對基態(tài)有影響的階段，Yakobson補(bǔ)充道，對于diamane這種生成產(chǎn)物，其相圖稍有特殊，因為最終的生成結(jié)果還取決于石墨烯層的厚度和層數(shù)等，相關(guān)實驗參數(shù)都是全新的數(shù)據(jù)。

       工作人員還利用氫來做實驗。當(dāng)催化劑氫介入時，氫會帶走石墨烯碳原子的一個電子，這樣一個結(jié)合鍵就被破壞，而剩下的一個電子則被留在石墨烯層的一側(cè)；此時，再與相鄰石墨烯片上的碳原子進(jìn)行結(jié)合時就非常容易，所需的結(jié)合壓力就幾乎為零了。

       如果石墨烯層不止一層而是有若干層，那么反應(yīng)就會出現(xiàn)多米諾骨牌效應(yīng)。催化劑氫首先從最上面開始反應(yīng)，然后依次往下；當(dāng)整個石墨烯層都反應(yīng)完畢后，完整的相變圖便出來了，而此時的晶體結(jié)構(gòu)就是金剛石薄膜。

       Yakobson說，金剛石薄膜也可用CVD法來研制，但由于其聚晶體的特點，CVD金剛石在某些特定應(yīng)用中存在一定的質(zhì)量缺陷。特別是像一些先進(jìn)的電子器件，就需要像diamane這樣的先進(jìn)寬帶隙半導(dǎo)體材料。（編譯自’Perfect Sheets of Diamond May be Possible Without any Pressure’）