A pesar de poseer sólo un átomo de espesor, actualmente el grafeno se sitúa como una materia prima increíblemente fuerte. Tomando aquel principio como base, un grupo de investigadores en Corea del Sur logró una destacable hazaña: convertir el grafeno en películas de diamantes, aún más resistentes y considerablemente más delgadas. La masificación del uso de este descubrimiento podría significar un progreso para la fabricación de componentes electrónicos.
En el experimento que dio origen a esta noticia, un grupo de científicos del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan logró convertir con éxito el grafeno bicapa de gran superficie en un material similar al diamante más delgado posible, bajo condiciones moderadas de presión y temperatura. Este material, duradero y adaptable puede usarse como un semiconductor de banda ancha, aunque también tiene el potencial de recibir diversas aplicaciones relacionadas con la nanotecnología.
El desafío para este equipo científico fue la invención de un nuevo método que promoviera la formación de diamante, nombre que recibe este particular material creado. El procedimiento consistió en exponer una bicapa de grafeno al flúor (F). Luego, los científicos utilizaron vapores de difluoruro de xenón (XeF2) como fuente de flúor. Obtuvieron un material ultradelgado similar a un diamante: F-diamane.
Comparación entre bicapa de grafeno y diamante monocapa fluorado (F-diamane). Arriba: modelos optimizados de bicapa de grafeno y F-diamane. Las esferas naranja y gris representan átomos de flúor y carbono, respectivamente. Abajo: micrografías electrónicas de transmisión de sección transversal de grafeno bicapa y F-diamane en crecimiento con la capa intermedia resaltada y las distancias interatómicas.
Pavel V. Bakharev, uno de los autores de esta investigación señaló que «Este método simple de fluoración funciona a temperatura ambiente y a baja presión sin el uso de plasma ni ningún mecanismo de activación de gases, por lo tanto reduce la posibilidad de obtener resultados defectuosos».
El grafeno, el grafito y el diamante están hechos de la misma materia (carbono), pero la diferencia entre estos materiales es la forma en que los átomos de carbono están unidos y ubicados entre sí. El grafeno es una lámina de carbono que tiene solo un átomo de espesor, con fuertes enlaces entre ellos dispuestos horizontalmente. El grafito está compuesto de láminas de grafeno apiladas una encima de la otra, con fuertes enlaces dentro de cada hoja pero débiles que conectan diferentes hojas. Y en el diamante, los átomos de carbono están mucho más fuertemente unidos en tres dimensiones, creando un material increíblemente duro.
Cuando se fortalecen los enlaces entre las capas de grafeno, puede convertirse en una forma bidimensional de diamante conocida como diamane. El problema es que esto normalmente no es fácil de conseguir. Un método requiere presiones extremadamente altas, y tan pronto como se elimina esa presión, el material vuelve a convertirse en grafeno. Otros estudios han agregado átomos de hidrógeno al grafeno, pero eso dificulta el control de los enlaces.
La génesis de esta iniciativa surgió del trabajo del equipo centrado en crear grafeno bicapa usando el método tradicional de deposición química de vapor (CVD), en un sustrato hecho de cobre y níquel. Luego, expusieron el grafeno a los vapores de difluoruro de xenón. El flúor en esa mezcla se adhiere a los átomos de carbono, fortaleciendo los enlaces entre las capas de grafeno y creando una capa ultrafina de diamante fluorado, el F-diamane.
Rodney S. Ruoff, distinguido profesor que aparece acreditado también en la publicación, señaló que este trabajo podría generar un interés mundial en los diamanes, estas películas ultradelgadas con apariencia de diamante, cuyas propiedades electrónicas y mecánicas se pueden ajustar al alterar la terminación de la superficie utilizando técnicas de nanotecnología.
El nuevo proceso planteado en este informe es mucho más simple que otros, lo que debería facilitar su adopción. Las láminas ultrafinas de diamante que se originan con este método podrían dar origen componentes electrónicos más pequeños y robustos. Por ejemplo, gracias a las bondades del F-diamane, podrían fabricarse semiconductores de mejor calidad y de gran capacidad.
La investigación fue publicada originalmente en la revista Nature Nanotechnology.