新工艺制造含氟纳米金刚石、石墨烯和同心碳

钻石可能仅仅是碳暴露于一闪而过的热时所经历的一个阶段,但这使它更容易实现

新工艺制造含氟纳米金刚石、石墨烯和同心碳。
莱斯大学的化学家对氟化闪光纳米碳的相变机理显示了更长的和更大的能量输入阶段。碳和氟原子首先形成菱形晶格,然后是石墨烯,最后形成多面体同心碳。图片来源:陈伟银插图。

詹姆斯·图尔,来自莱斯大学通过密切调节18个月前研究人员开发的闪光焦耳加热过程,实验室能够通过含有有用纳米金刚石的相“进化”碳。最重要的是,该过程可以随意停止,以获得首选产品。

该研究由James Tour和该研究的主要作者、研究生陈伟银(Weiyin Chen)领导的团队揭示,将氟化物前体和有机氟化合物引入元素炭黑会将后者转化为几个难以得到的同素异体,如氟化同心碳,高温闪烁时的氟化涡轮层石墨烯和氟化纳米金刚石。这项研究发表在《美国化学学会杂志》上ACS Nano。

在2020年启动的闪电过程中,一股强大的电流可以在一秒钟内将几乎任何来源的碳转化为纯净的涡轮层石墨烯。(术语“turbostratatic”意味着层之间没有有力地绑定在一起,使它们更容易在解决方案中隔离。)

新的研究表明,这些产品可以同时被修饰或功能化。闪光持续时间在10到500毫秒之间,决定了最终的碳同素异形体。然而,挑战在于氟原子的保存,因为极端的温度会导致除碳以外的所有原子的挥发。

为了解决这个问题,研究人员使用了用高熔点钨棒和石墨垫片密封的聚四氟乙烯管,它可以将反应物留在管内,并防止在超高温下氟原子的损失。图尔补充说,增强的密封管是非常重要的。

在工业上,小钻石在切割工具和电绝缘体方面的使用由来已久这里的氟化版本为这些结构的修饰提供了一条途径。石墨烯的需求很大,而氟化家族在这里是新批量生产的

James Tour,莱斯大学化学家

纳米金刚石本质上是微观晶体或晶体区域,它们与宏观金刚石具有相同的碳原子晶格。纳米钻石最初发现于20世纪60年代,是在高压和爆炸产生的热量下产生的。

在过去的几年里,科学家们已经确定了制造相同晶格的化学过程。然后在2020年,莱斯大学的理论学家Boris Yakobson的一份报告描述了氟如何在没有高压的情况下帮助制造纳米钻石,图尔的实验室已经通过使用脉冲激光将特氟隆转化为氟化纳米钻石证明了这一点。

纳米金刚石非常适合电子应用,因为它们可以被掺杂成宽带隙半导体——赖斯大学和陆军研究实验室目前研究华体会双赢棋牌的关键部件。

对于纳米金刚石和其他同素异形体来说,这种新工艺简化了掺杂部分。图尔补充说,赖斯实验室还在研究氮、磷和硼作为添加剂的使用情况。

在延长的闪光时间下,研究小组获得了与氟化碳同心壳相结合的纳米钻石。长时间的曝光使钻石从内到外完全变成了贝壳。

同心壳结构已被用作润滑剂添加剂,而这种闪速方法可能提供一种廉价而快速的进入这些地层的途径

James Tour,莱斯大学化学家

这项研究的共同作者是莱斯大学的研究生李天慈、王哲、瓦拉·阿尔戈泽布、艾米丽·麦克休、凯文·维斯、保罗·阿文库拉、雅各布·贝克汉姆和蒋波、研究科学家卡特·基特尔,以及校友杜轩和迈克尔·斯坦福。

Tour是美国莱斯大学的T.T.和W.F. Chao化学讲座教授,也是计算机科学、材料科学和纳米工程教授。

期刊引用:

陈,W。.(2021)利用闪光焦耳加热实现超快可控相位演化。ACS Nanodoi.org/10.1021/acsnano.1c03536

来源:https://www.rice.edu/

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