p (Phys.org) - Folhas perfeitas de diamante com alguns átomos de espessura parecem ser possíveis, mesmo sem o grande aperto que torna as gemas naturais. p Os cientistas têm especulado sobre isso e alguns laboratórios até viram sinais do que eles chamam de diamane, uma película extremamente fina de diamante que possui todas as propriedades semicondutoras e térmicas superiores do diamante.

p Agora, pesquisadores da Rice University e da Rússia calcularam um "diagrama de fases" para a criação de diamane. O diagrama é um roteiro. Ele estabelece as condições - temperatura, pressão e outros fatores - que seriam necessários para transformar folhas empilhadas de grafeno em uma rede de diamante perfeita.

p No processo, os pesquisadores determinaram que o diamane pode ser feito completamente quimicamente, sem pressão alguma, sob algumas circunstâncias.

p A equipe liderada pelo físico teórico de Rice, Boris Yakobson e Pavel Sorokin, um ex-associado de pós-doutorado na Rice e agora um pesquisador sênior do Instituto Tecnológico de Superhard e Novos Materiais de Carbono em Moscou, relataram resultados na revista American Chemical Society Nano Letras .

p "As diamanas têm um amplo potencial de aplicação, "Sorokin disse." Eles podem ser aplicados como muito finos, filmes duros dielétricos em nanocapacitores ou mecanicamente rígidos, elementos nanothick em nanoeletrônica. Também, diamanes têm potencial para aplicação em nano-óptica.

p "A possibilidade de obter um objeto quase bidimensional é intrigante, mas os dados experimentais disponíveis impedem a expectativa de sua fabricação por métodos tradicionais. Contudo, a abordagem 'de baixo para cima' proposta por Richard Feynman permite a fabricação de diamanes a partir de objetos menores, como o grafeno. "

p Os pesquisadores construíram modelos de computador para simular as forças aplicadas por cada átomo envolvido no processo. Isso inclui o grafeno, a forma de carbono com um átomo de espessura e uma das substâncias mais fortes do universo, bem como o hidrogênio (ou, alternadamente, halogênio) que promove a reação.

p Condições, eles aprenderam, precisa estar certo para uma pequena pilha de panquecas de grafeno se transformar em uma matriz de diamante - ou vice-versa - por meio da química.

p "Um diagrama de fase mostra qual fase domina o estado fundamental para cada pressão e temperatura, "Yakobson disse." No caso de diamane, o diagrama é incomum porque o resultado também depende da espessura, o número de camadas de grafeno. Portanto, temos um novo parâmetro. "

p O hidrogênio não é o único catalisador possível, ele disse, mas é o que eles usaram em seus cálculos. "Quando o hidrogênio ataca, leva um elétron de um átomo de carbono no grafeno. Como resultado, uma ligação é quebrada e outro elétron é deixado pendurado do outro lado da camada de grafeno. Agora está livre para se conectar a um átomo de carbono na folha adjacente com pouca ou nenhuma pressão.

p "Se você tem várias camadas, você obtém um efeito dominó, onde o hidrogênio começa uma reação no topo e se propaga através do sistema de carbono ligado, "ele disse." Uma vez que fecha todo o caminho, a transição de fase está completa e a estrutura cristalina é a de diamante. "

p Yakobson disse que o jornal não cobre uma possível quebra de acordo. “A conversão de uma fase para outra parte de uma pequena semente, um local de nucleação, e neste processo sempre existe o que é chamado de barreira de nucleação. Não calculamos isso aqui. "Ele disse que o carbono normalmente prefere ser grafite (a forma volumosa de carbono usada como grafite de lápis) em vez de diamante, mas uma barreira de alta nucleação impede que o diamante faça a transição.

p "Termodinamicamente, um diamante existente deve se tornar grafite, mas não acontece exatamente por esse motivo, "Yakobson disse." Então às vezes é uma coisa boa. Mas se quisermos fazer um diamante plano, precisamos encontrar maneiras de contornar essa barreira. "

p Ele disse que a fabricação de diamante sintético, que foi feito pela primeira vez de forma confiável na década de 1950, requer pressões muito altas de cerca de 725, 000 libras por polegada quadrada. Diamantes manufaturados são usados ​​em ferramentas endurecidas para corte, como abrasivos e até mesmo como gemas de alta qualidade cultivadas por meio de técnicas que simulam as temperaturas e pressões encontradas nas profundezas da Terra, onde o diamante natural é forjado.

p Filmes de diamante também são rotineiramente feitos por meio de deposição química de vapor, "mas eles são sempre de qualidade muito baixa porque são policristalinos, "Yakobson disse." Para fins mecânicos, como uma lixa muito cara, Eles são perfeitos. Mas para eletrônicos, você precisaria de alta qualidade para servir como um semicondutor de gap de banda larga. "