ダイヤモンド特性を持つフィルムに圧縮された2層グラフェン

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ビデオ: ゆっくり解説◆実は日用品にも!ダイヤモンドの意外な使いみち 2023, 2月
ダイヤモンド特性を持つフィルムに圧縮された2層グラフェン
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Anonim
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強い圧縮下で、2層グラフェンはダイヤモンドに匹敵する横方向の剛性を備えた膜を可逆的に形成し、ダイヤモンドによるパンクにも耐性があります。 Nature Nanotechnology誌に掲載された研究によると、このような変換は室温で実行できますが、層が多い場合は発生しません。

炭素は、同じ組成であるが完全に異なる特性を持つ異なる修飾の形で存在します。過去数年間、科学者はグラフェンなどの既知の形態だけでなく、異なる同素体修飾間の炭素の遷移も研究してきました。数層の厚さのグラフェンのダイヤモンド状構造への転移をシミュレーションで記述した研究もありますが、ダイヤモンド特有の機械的性質を持つ構造への変態は実験的には達成されていません。

ニューヨーク市立大学のAngeloBongiornoが率いる研究者は、グラフェンからダイヤモンドのような構造と特性を備えたフィルムを実験的に作成しました。彼らは、炭化ケイ素基板上に、1、2、5、および10のグラフェン層という異なる厚さのエピタキシャルグラフェン膜を作成しました。科学者たちは、ナノインデンテーションを使用してさまざまなサンプルの横方向の剛性をテストすることにしました。彼らは、半径120ナノメートルの球形の先端を持つ圧子をサンプルに挿入し、圧子の侵入深さと加えられた荷重を測定しました。

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炭化ケイ素基板の剛性と比較した、異なる層数のグラフェンの剛性の測定

単層グラフェンの場合、平面に垂直な方向のヤング率は基板材料(炭化ケイ素)の場合と同じであり、複数の層の場合、グラファイトのヤング率に近い。しかし、2層のサンプルの場合、剛性は基板の剛性よりも著しく高かった。さらに、そのようなサンプルは、30マイクロニュートンの負荷でダイヤモンドチップの圧子の貫通に耐えましたが、残りのサンプルはそのような条件下で簡単に穴を開けられました。

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二層グラフェン、炭化ケイ素基板、および5層グラフェンのサンプルの原子間力顕微鏡画像

密度汎関数理論を使用したモデリングでは、グラフェンからダイヤモンドのような構造への相転移中に、炭素がsp2からsp3混成軌道に遷移することが示されています。また、シミュレーションを使用して、研究者は、2層グラフェンとは対照的に、3層および4層グラフェンは、層の菱面体晶または六角形のパッキングの場合にのみダイヤモンドのような構造に変化するのに対し、多層グラフェンの層は通常パッキングされることを発見しましたベルナルパッキングによる。これが、2層以上のグラフェンがダイヤモンドのような構造を形成するのを防ぐ理由です。

研究者らはまた、電気伝導率を測定することによって相転移を確認しました。二層グラフェンでは、相転移に十分な負荷で、電気伝導率の低下が発生することがわかりました。これは、構造の変化も示しています。

科学者たちは最近、高圧で加熱するだけでなく、軟X線を照射することによってダイヤモンドをグラファイトに変えることができることを発見しました。この場合、遷移は加熱とは関係のないメカニズムによって発生し、1桁短い時間がかかることが判明しました。

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