Ciência com Bling: Turning grafite em diamante
Uma equipe de pesquisa liderada por cientistas SLAC descobriu uma potencial nova rota para produzir filmes finos de diamante para uma variedade de aplicações industriais, de ferramentas de corte para dispositivos eletrônicos para sensores eletroquímicos.
Os cientistas adicionaram algumas camadas de grafeno - um átomo de espessura folhas de grafite - a um suporte de metal e exposta a camada superior de hidrogênio. Para sua surpresa, a reação na superfície desencadeou um efeito dominó que alterou a estrutura de todas as camadas de grafeno de grafite semelhante ao diamante-like.
"Nós fornecemos a primeira evidência experimental de que a hidrogenação pode induzir essa transição no grafeno", diz Sarp Kaya, pesquisador do Centro Suncat para Interface Ciência e Catálise e autor correspondentedo estudo recente .
De lápis de grafite para Diamante
Grafite e diamante são duas formas do mesmo elemento químico, o carbono. No entanto, suas propriedades não poderia ser mais diferente. No grafite, os átomos de carbono estão dispostos em folhas planas que podem facilmente deslizam uns contra os outros. Esta estrutura faz com que o material muito macia e que pode ser utilizado em produtos como os lápis de grafite.
No diamante, por outro lado, os átomos de carbono estão fortemente ligados em todas as direcções; assim diamante é extremamente difícil. Além de resistência mecânica, suas propriedades elétricas, ópticas e químicas extraordinárias contribuir para um grande valor do diamante para aplicações industriais.
Os cientistas querem entender e controlar a transição estrutural entre as diferentes formas de carbono, a fim de transformar seletivamente uma em outra. Uma maneira de transformar grafite em diamante é através da aplicação de pressão. No entanto, uma vez que a grafite é a forma mais estável de carbono, em condições normais, são necessários aproximadamente 150.000 vezes a pressão atmosférica à superfície da Terra, a fazê-lo.
Agora, uma forma alternativa que funciona em nanoescala está ao alcance. "Nosso estudo mostra que a hidrogenação de grafeno poderia ser uma nova rota para sintetizar filmes de diamante-como ultrafinos sem pressão", diz Kaya.
Domino Effect
Para seus experimentos, os pesquisadores carregaram um suporte de platina com até quatro folhas de grafeno e adicionado hidrogênio para a camada superior. Com a ajuda de raios-X intensos de Stanford Synchrotron Radiation Lightsource da SLAC (SSRL, Largura de linha 13-2) e cálculos teóricos adicionais realizados por Suncat pesquisador Frank Abild-Pedersen, a equipe, então, determinado como o hidrogênio impactado a estrutura em camadas.
A descoberta foi inesperada. O objetivo original do experimento era ver se a adição de hidrogênio pode alterar as propriedades do grafeno de uma forma que iria torná-lo utilizável em transistores, o bloco de construção fundamental de dispositivos eletrônicos. Em vez disso, os cientistas descobriram que a ligação de hidrogénio resultou na formação de ligações químicas entre grafeno e o substrato de platina.
Acontece que esses títulos são cruciais para o efeito dominó. "Para que este processo seja estável, o substrato de platina tem de ligar-se à camada de carbono mais próximo para ele," Kaya explica. "A capacidade da Platinum para formar esses laços determina a estabilidade geral do filme semelhante ao diamante."
Pesquisas futuras irão explorar todo o potencial de grafeno hidrogenada poucas camadas para aplicações nas ciências materiais. Será particularmente interessante para determinar se os filmes de diamante do tipo podem ser cultivadas em outros substratos metálicos, utilizando grafeno de várias espessuras.
A equipa de investigação incluiu cientistas da Universidade de Stanford , o Instituto de Stanford para Materiais e Energia Sciences (SIMES), Suncat e SSRL.
Veja: https://www6.slac.stanford.edu/news/2014-03-27-science-bling-turning-graphite-diamond.aspx
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