top of page

Работа была опубликована в журнале Nanomaterials.

Синтез двумерного алмаза является сложнейшей задачей, поскольку в отличие от графена и многих других двумерных материалов, диаман не может быть расщеплен из кристалла. Более того, термодинамический анализ показывает, что алмазная пленка из нескольких слоев без стабилизирующего слоя является нестабильной и распадается на многослойный графен, поскольку поверхностная энергия алмаза выше, чем у графита. Этот вывод подтверждается экспериментом, в которых графен подвергался высоким давлениям в алмазной камере. Было получено, что давление алмазообразования в многослойном графене было намного выше, чем в алмазе, при этом образовавшиеся алмазные плёнки были нестабильными при после снятия давления.

Наиболее перспективным способом получения двумерного алмаза представляется использование графена в качестве прекурсора, на который осаждаются сторонние атомы (например, водород). В этом случае термодинамическая стабильность материала полностью меняется, ранее нестабильная алмазная пленка становится энергетически выгодной, а графеновые слои стремятся соединиться друг с другом. Несмотря на ряд обнадеживающих экспериментальных результатов, подтверждающих подобные предсказания, вопрос о синтезе диамана далек от разрешения. Действительно, зарождению диамана в графене препятствует высокая стабильность графеновой π-системы, сопротивляющейся присоединению новых атомов. В результате только два слоя графена могут быть относительно легко соединены, и только в случае использования водородной плазмы в качестве источника водорода. В случае использования H2 можно ожидать появления значительного барьера зарождения, который может быть преодолен только с помощью высокого давления и температуры.

Однако действительная структура графена содержит структурные дефекты, которые могут быть использованы в качестве центров зарождения, что может позволить синтезировать диаман в менее жестких условиях. В представленной работе мы подробно исследовали такой эффект. Для этого мы изучили одни из наиболее распространенных структурных дефектов в графене и выявили их влияние на зарождение алмаза. Мы обнаружили, что тип и концентрация структурных дефектов могут в достаточной степени влиять на начальную и, что особенно важно, на последующие стадии зарождения алмаза. При этом влияние дефектов на прочность связи C-H исчезает уже на второй координационной сфере. Мы показали, что агломерация вакансий (которая может быть произведена низкоэнергетическим ионным облучением) может в достаточной степени расширить реакционную область, что исчезает барьер зарождения для первых стадий зарождения (см. рисунок ниже).

Средняя энергия связи как функция числа атомов в кластере H для бислойного графена AB, содержащего 1 (синяя линия), 2 (красная линия), 3 (желтая линия) и 4 (фиолетовая линия) сквозные вакансии. На вставке представлен графена (вид сверху) с 4 агломерированными. Энергии связи H в молекуле H2 (εH2) и в бесконечном диамане (εb(∞)) отмечены пунктирной и сплошной горизонтальными линиями, соответственно. Зависимость εb(n) для водорода на поверхности бездефектного бислойного графена AB показана черным цветом

Влияние дефектов Стоуна-Уэльса меньше, но все же способствует гидрированию и связыванию графеновых слоев. Мы показываем, что 1D дефект (дислокация) не только способствует алмазообразованию, но и может привести к появлению 2D алмаза, состоящего из химически связанных зерен различной кристаллографической ориентации. Поэтому поликристаллический графен, обычно наблюдаемый в эксперименте, может стать основой для специфических поликристаллов 2D алмаза, содержащие различные поверхности. Даже гексагональные и кубические 2D алмазы могут сосуществовать вместе в одной пленке с энергией границ зерен, сравнимой с аналогичными значениями для других двумерных углеродных структур (см. рисунок ниже).

(слева) атомная структура поликристаллического двухслойного графена, содержащего симметрично ориентированные зёрна на θ = 11,5° с дефектами 5|7, выделенными синим и красным цветами, соответствующими первому и второму слою; (справа) атомная структура поликристаллического диамана, полученного путем гидрирования графена, представленного слева, состоящая из зерен с кубической алмазной и лонсдейлитовой структурами

Обновлено: 7 янв. 2022 г.

Эти четыре дня конференции "Новые углеродные наноматериалы: Ультратонкие алмазные пленки" были просто замечательными. Докладчики из 11 стран сделали отличные доклады, вызывающие интерес, любопытство и мотивирующие дальнейшие исследования по теме алмазных плёнок. Проведённая конференция позволила обменяться мнениями, идеями и, возможно, даже организовать научное сотрудничество. Мы надеемся, что конференция помогла развитию области двумерных алмазов. Некоторые участники предложили сделать нашу конференцию регулярным мероприятием. Интересная идея! Возможно через некоторое время мы опять встретимся и обсудим развитие этой области науки

Обновлено: 5 янв. 2022 г.

Приглашаем принять участие в нашей международной конференции "New Carbon Nanomaterials: Ultrathin Diamond Films", которая пройдет в онлайн формате на базе НИТУ МИСиС с 06 по 09 декабря 2021 года!


Конференция посвящена двумерным алмазным пленкам, их получению и свойствам.

На конференции представят свои доклады ведущие ученые в данной области.


Информация на сайте: ncn21.misis.ru


Эти четыре дня конференции "Новые углеродные наноматериалы: Ультратонкие алмазные пленки" были замечательными. Вы сделали увлекательные доклады, вызывающие интерес, любопытство и мотивацию к дальнейшим исследованиям. Наша скромная встреча позволила участникам обменяться мнениями, идеями и, возможно, даже создать коллаборации. Поэтому мы скромно желаем, чтобы конференция помогла развитию области двумерных алмазов. Некоторые участники предложили сделать нашу конференцию регулярным мероприятием. Хорошая идея! Мы надеемся, что через некоторое время мы сможем встретиться снова, чтобы обсудить развитие этой области науки, которая интересует всех нас.



Some unnecessary statistics • Registered – 54 people • Simultaneous participation (online-offline) – 30 people • Time zones: from GMT-6 (Houston, USA) to GMT+11 (Australia)


logo_graph-bold-blackandwhite.png

Лаборатория цифрового материаловедения

  • Facebook
  • Instagram
  • Black Vkontakte Иконка

Контакты:

ldms@misis.ru

8(495)9550063

119049, ауд. 407, Ленинский пр. д.4,стр1, Москва, Россия

- научные исследования

- наноматериалы

- моделирование

- материаловедение   Laboratory of Digital Material Science

bottom of page