p (Phys.org) —Uma equipe de pesquisa liderada por cientistas do SLAC descobriu uma nova rota potencial para produzir filmes finos de diamante para uma variedade de aplicações industriais, de ferramentas de corte a dispositivos eletrônicos e sensores eletroquímicos. p Os cientistas adicionaram algumas camadas de grafeno - folhas de grafite com um átomo de espessura - a um suporte de metal e expuseram a camada superior ao hidrogênio. Para sua surpresa, a reação na superfície desencadeou um efeito dominó que alterou a estrutura de todas as camadas de grafeno, de grafite a diamante.

p "Nós fornecemos a primeira evidência experimental de que a hidrogenação pode induzir essa transição no grafeno, "diz Sarp Kaya, pesquisador do Centro SUNCAT para Ciência de Interface e Catálise e autor correspondente do estudo recente.

p De chumbo de lápis a diamante

p Grafite e diamante são duas formas do mesmo elemento químico, carbono. Ainda, suas propriedades não poderiam ser mais diferentes. Em grafite, os átomos de carbono estão dispostos em folhas planas que podem deslizar facilmente umas contra as outras. Essa estrutura torna o material muito macio e pode ser utilizada em produtos como grafite.

p Em diamante, por outro lado, os átomos de carbono estão fortemente ligados em todas as direções; assim, o diamante é extremamente difícil. Além da resistência mecânica, é extraordinariamente elétrico, As propriedades ópticas e químicas contribuem para o grande valor do diamante para aplicações industriais.

p Os cientistas querem entender e controlar a transição estrutural entre as diferentes formas de carbono para transformar seletivamente uma na outra. Uma maneira de transformar grafite em diamante é aplicando pressão. Contudo, uma vez que o grafite é a forma mais estável de carbono em condições normais, leva aproximadamente 150, 000 vezes a pressão atmosférica na superfície da Terra para fazer isso.

p Agora, uma forma alternativa que funciona em nanoescala está ao nosso alcance. "Nosso estudo mostra que a hidrogenação do grafeno pode ser uma nova rota para sintetizar filmes semelhantes ao diamante ultrafinos sem aplicar pressão, "Kaya diz.

p Efeito dominó

p Para seus experimentos, os pesquisadores carregaram um suporte de platina com até quatro folhas de grafeno e adicionaram hidrogênio à camada superior. Com a ajuda de intensos raios-X do Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL, da SLAC, Beam Line 13-2) e cálculos teóricos adicionais realizados pelo pesquisador do SUNCAT Frank Abild-Pedersen, a equipe então determinou como o hidrogênio impactou a estrutura em camadas.

p Eles descobriram que a ligação de hidrogênio iniciou um efeito dominó, com mudanças estruturais propagando-se da superfície da amostra através de todas as camadas de carbono abaixo, transformando a estrutura inicial semelhante a grafite de folhas planas de carbono em um arranjo de átomos de carbono que se assemelha ao diamante.

p A descoberta foi inesperada. O objetivo original do experimento era ver se a adição de hidrogênio poderia alterar as propriedades do grafeno de uma forma que o tornasse utilizável em transistores, o bloco de construção fundamental de dispositivos eletrônicos. Em vez de, os cientistas descobriram que a ligação do hidrogênio resultou na formação de ligações químicas entre o grafeno e o substrato de platina.

p Acontece que esses laços são cruciais para o efeito dominó. “Para que este processo seja estável, o substrato de platina precisa se ligar à camada de carbono mais próxima a ele, "Kaya explica." A capacidade da platina de formar essas ligações determina a estabilidade geral do filme semelhante ao diamante. "

p Pesquisas futuras irão explorar todo o potencial do grafeno de poucas camadas hidrogenado para aplicações nas ciências dos materiais. Será particularmente interessante determinar se filmes semelhantes a diamante podem ser cultivados em outros substratos de metal, usando grafeno de várias espessuras.