Улучшить качество наноэлектронных и оптических устройств поможет новый ультрапрочный, стабильный и гибкий композит из графена и алмаза. Такой материал получили российские физики, облучив многослойные углеродные пленки ионами ксенона. Разработка может найти применение в космической авиации, автомобилестроении и биомедицине. Подробности исследования появились в научном журнале Carbon.
Ученые Университета МИСИС, Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова и Объединенного института ядерных исследований впервые изучили возможность формирования наноалмазов в многослойном графене, облучив его быстрыми тяжелыми ионами ксенона. Созданные таким образом углеродные пленки, в которые включены алмазы размером от 5 до 20 нанометров, сохраняют свою структуру и свойства, а также приобретают высокую прочность и температурную стабильность.
«Алмазы играют важную роль в науке и технике благодаря своим исключительным свойствам, включая механическую твердость, теплопроводность и биосовместимость. При этом образование монокристаллических двумерных наноалмазов в структуре графена при облучении представляет собой весьма любопытный вопрос. В нашей работе показано, что облучение графена тяжелыми ионами с энергией МэВ позволяет сформировать двумерные алмазные пленки. Этот подход открывает новые перспективы для получения ультратонких алмазных пленок с уникальными электронными свойствами», — рассказал д. ф.-м. н. Павел Сорокин, заведующий лабораторией цифрового материаловедения НИТУ МИСИС.
В результате эксперимента в нескольких слоях графена сформировались встроенные наноструктуры с регулярной алмазной кристаллической решеткой. Их размеры варьировались от 5 до 20 нм. Выяснилось, что для образования алмазов требуется не менее шести слоев графена.
«Полученный материал с различными типами углеродных связей может сочетать в себе преимущества каждого отдельного элемента структуры и демонстрировать высокие прочность, жесткость и гибкость. Ультратонкие двумерные алмазные пленки, способные сохранить целостность алмазоподобных структур, имеют потенциал во множестве областей: начиная от электроники и оптики, заканчивая биомедициной», — добавил Лев Томилин, лаборант-исследователь лаборатории цифрового материаловедения НИТУ МИСИС.
На основе двумерных наноалмазов можно создавать прочные, проводящие и одновременно функциональные покрытия, которые пригодятся для деталей микросхем, имплантов, чувствительных сенсоров и других технологических решений. Внедрение сверхпрочных компонентов, обеспечивающих прочную ковалентную связь, позволяет значительно улучшить общие механические свойства.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 21-12-00399).
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
