Föreställ dig ett material som är så flexibelt och lätt som folie som blir styvt och tillräckligt hårt för att stoppa en kula vid stöt. I en nyligen publicerad tidning i Naturnanoteknik , forskare över City University of New York (CUNY) beskriver en process för att skapa diamen:flexibel, lager av grafen som tillfälligt blir hårdare än diamant och ogenomtränglig vid stöt.

Forskare vid Advanced Science Research Center (ASRC) vid Graduate Center, CUNY, arbetade med att teoretisera och testa hur två lager av grafen-var och en-atom tjocka-kunde göras för att omvandlas till ett diamantliknande material vid anslag vid rumstemperatur. Teamet fann också att omvandlingsmomentet resulterade i en plötslig minskning av elektrisk ström, tyder på att diamen kan ha intressanta elektroniska och spintroniska egenskaper. De nya resultaten kommer sannolikt att ha tillämpningar för att utveckla slitstarka skyddande beläggningar och ultralätta skottsäkra filmer.

"Detta är den tunnaste filmen med stelhet och hårdhet av diamant som någonsin skapats, "sa Elisa Riedo, professor i fysik vid ASRC och projektets ledande forskare. "Tidigare, när vi testade grafit eller ett enda atomlager av grafen, vi skulle applicera tryck och känna en mycket mjuk film. Men när grafitfilmen var exakt två lager tjock, helt plötsligt insåg vi att materialet under tryck blev extremt hårt och lika styvt, eller styvare, än massdiamant. "

Angelo Bongiorno, docent i kemi vid CUNY College of Staten Island och en del av forskargruppen, utvecklat teorin för att skapa diamen. Han och hans kollegor använde atomistiska datorsimuleringar för att modellera potentiella resultat när de pressade två bikakeskikt med grafen i linje med olika konfigurationer. Riedo och andra teammedlemmar använde sedan ett atomkraftmikroskop för att applicera lokalt tryck på tvålagers grafen på kiselkarbidsubstrat och fann perfekt överensstämmelse med beräkningarna. Experiment och teori visar båda att denna grafit-diamantövergång inte sker för mer än två lager eller för ett enda grafenskikt.

"Grafit och diamanter är båda helt och hållet gjorda av kol, men atomerna är arrangerade olika i varje material, ger dem distinkta egenskaper som hårdhet, flexibilitet och elektrisk ledning, "Bongiorno sa." Vår nya teknik gör att vi kan manipulera grafit så att den kan ta på sig en diamants fördelaktiga egenskaper under specifika förhållanden. "

Forskargruppens framgångsrika arbete öppnar möjligheter för att undersöka grafit-till-diamant fasövergång i tvådimensionella material, enligt tidningen. Framtida forskning kan utforska metoder för att stabilisera övergången och möjliggöra ytterligare tillämpningar för de resulterande materialen.