点“石”成“金”？《自然》子刊：新研究成功将石墨烯转化为金刚石薄膜

石墨烯是“新材料之王”，它能否转化成最薄的类金刚石材料——“硬度之王”呢?石墨烯和金刚石都是由碳原子构成的，只是碳原子排列结构不同。

基础科学研究所(IBS)的多维碳材料中心(CMCM) 在《自然•纳米技术》杂志上(Nature Nanotechnology)发表了这项研究。

在适当的压力和温度条件下，通过化学反应将大面积的双层石墨烯转化为尽可能薄的类金刚石材料。

这种柔韧、坚固的材料是一种宽频带隙半导体，因此在纳米光学、纳米电子学等领域有潜在的工业应用前景，可以作为微、纳米机电系统的一个有前途的平台。

在铅笔芯中，碳原子排列成一堆薄片，每片都是石墨烯。强碳碳(C-C)键构成石墨烯，但薄片之间的弱键很容易断裂，这在一定程度上解释了为什么铅笔芯是软的。

石墨烯层之间的层间键合形成了一种二维材料，类似于金刚石薄膜，被称为金刚石，具有许多优越的特性。

以往将双分子层或多层石墨烯转化为二胺的尝试都是依靠加入氢原子或高压。

前者的化学结构和键的构型难以控制和表征。在后者，压力的释放使样品恢复到石墨烯。天然钻石也是在地球深处的高温高压下锻造出来的。

该团队将双层石墨烯暴露于氟(F)而不是氢来促进二胺的形成。他们使用氙气二氟化(XeF2)作为F的来源，不需要高压。

结果他们造出了超薄类金刚石材料，即氟化钻石单层F-diamane, 层间键和F在外面。

基于广泛的光谱以及透射电子显微镜的研究,研究人员能够明确表明,在一定的、明确的、可重复的条件下，在双层石墨烯上添加氟，可形成F-diamane。

第一作者和共同通讯作者Pavel V. Bakharev指出:“这种简单的氟化法在近室温和低压下工作，不使用等离子或任何气体激活机制，因此减少了产生缺陷的可能性。”

CMCM主任Rodney S. Ruoff则进一步指出，这样的金刚石薄膜也可能最终提供一条通向大面积单晶金刚石薄膜的途径。