研究小组发现闪光的纳米金刚石只是一个阶段

钻石可能只是碳暴露于一闪而过的一个阶段，但这使得它更容易获得。莱斯大学化学家 James Tour 实验室现在能够通过严格控制他们在 18 个月前开发的闪光焦耳加热过程，通过包括有价值的纳米金刚石在内的相“进化”碳。

最重要的是，他们可以随意停止流程以获得他们想要的产品。

在化学学会期刊ACS Nano 中，由 Tour 和研究生、主要作者 Weiyin Chen领导的研究人员表明，将有机氟化合物和氟化物前体添加到元素炭黑中时，它会变成几种难以获得的同素异形体，包括氟化纳米金刚石、氟化乱层石墨烯和氟化同心碳。

随着 2020 年推出的闪光过程，强烈的电力震动可以在不到一秒钟的时间内将几乎任何来源的碳转化为原始的涡层石墨烯层。(“Turbostratic”意味着各层之间没有强结合，使它们更容易在溶液中分离。)

新工作表明可以同时修改或功能化产品。闪光的持续时间在 10 到 500 毫秒之间，决定了最终的碳同素异形体。

难点在于如何保存氟原子，因为超高温会导致除碳以外的所有原子挥发。为了克服这个问题，该团队使用了用石墨垫片和高熔点钨棒密封的特氟龙管，可以将反应物保持在里面，避免在超高温下氟原子的损失。图尔说，改进的密封管很重要。

“在工业中，小钻石长期以来一直用于切削工具和电绝缘体，”他说。“这里的氟化版本为修改这些结构提供了一条途径。对石墨烯的需求很大，而氟化家族是在这里以散装形式新生产的。”

纳米金刚石是微观晶体(或晶体区域)，显示出与宏观金刚石相同的碳原子晶格。在 1960 年代首次发现时，它们是在爆炸产生的高温和高压下制成的。

(Boris Yakobson) 去年的一份报告展示了氟如何在没有高压的情况下帮助制造纳米金刚石，图尔自己的实验室展示了使用脉冲激光将聚四氟乙烯转化为氟化纳米金刚石。

纳米金刚石非常适合电子应用，因为它们可以被掺杂用作宽带隙半导体，这是莱斯和陆军研究实验室当前研究中的重要组成部分。

新工艺简化了掺杂部分，不仅适用于纳米金刚石，也适用于其他同素异形体。图尔说，莱斯实验室也在探索使用硼、磷和氮作为添加剂。

在较长的闪光时间内，研究人员将纳米金刚石嵌入氟化碳的同心壳中。更长时间的曝光会使钻石从外到内完全变成贝壳。

“同心壳结构已被用作润滑剂添加剂，这种闪蒸方法可能为这些地层提供一种廉价且快速的途径，”图尔说。

该论文的合著者是莱斯大学的研究生李天慈、王哲、Wala Algozeeb、Emily McHugh、Kevin Wyss、Paul Advincula、Jacob Beckham 和 Bo Jiang，研究科学家 Carter Kittrell 以及校友 Duy Xuan Luong 和 Michael Stanford。Tour 是 TT 和 WF Chao 化学系主席，也是莱斯大学计算机科学、材料科学和纳米工程教授。