Imaginez un matériau aussi flexible et léger qu'une feuille qui devient suffisamment rigide et dur pour arrêter une balle lors de l'impact. Dans un article récemment publié dans Nature Nanotechnologie , des chercheurs de la City University of New York (CUNY) décrivent un processus de création de diamène :flexible, feuilles de graphène en couches qui deviennent temporairement plus dures que le diamant et impénétrables lors de l'impact.

Scientifiques de l'Advanced Science Research Center (ASRC) au Graduate Center, CUNY, a travaillé pour théoriser et tester comment deux couches de graphène – chacune d'une épaisseur d'un atome – pourraient être transformées en un matériau semblable au diamant lors de l'impact à température ambiante. L'équipe a également découvert que le moment de la conversion a entraîné une réduction soudaine du courant électrique, suggérant que le diamène pourrait avoir des propriétés électroniques et spintroniques intéressantes. Les nouvelles découvertes auront probablement des applications dans le développement de revêtements protecteurs résistants à l'usure et de films pare-balles ultra-légers.

"C'est le film le plus fin avec la rigidité et la dureté du diamant jamais créé, " dit Elisa Riedo, professeur de physique à l'ASRC et chercheur principal du projet. "Précédemment, lorsque nous avons testé du graphite ou une seule couche atomique de graphène, nous appliquerions une pression et sentirions un film très doux. Mais lorsque le film de graphite était exactement de deux couches d'épaisseur, tout d'un coup on s'est rendu compte que la matière sous pression devenait extrêmement dure et aussi raide, ou plus rigide, que le diamant en vrac."

Angelo Bongiorno, professeur agrégé de chimie au CUNY College de Staten Island et membre de l'équipe de recherche, développé la théorie de la création du diamene. Lui et ses collègues ont utilisé des simulations informatiques atomistiques pour modéliser les résultats potentiels lors de la mise sous pression de deux couches de graphène en nid d'abeille alignées dans différentes configurations. Riedo et d'autres membres de l'équipe ont ensuite utilisé un microscope à force atomique pour appliquer une pression localisée au graphène à deux couches sur des substrats de carbure de silicium et ont trouvé un accord parfait avec les calculs. Les expériences et la théorie montrent toutes deux que cette transition graphite-diamant ne se produit pas pour plus de deux couches ou pour une seule couche de graphène.

"Le graphite et les diamants sont tous deux entièrement en carbone, mais les atomes sont disposés différemment dans chaque matériau, leur conférant des propriétés distinctes telles que la dureté, flexibilité et conduction électrique, " a déclaré Bongiorno. "Notre nouvelle technique nous permet de manipuler le graphite afin qu'il puisse acquérir les propriétés bénéfiques d'un diamant dans des conditions spécifiques."

Les travaux fructueux de l'équipe de recherche ouvrent des possibilités d'étudier la transition de phase graphite-diamant dans des matériaux bidimensionnels, selon le papier. Des recherches futures pourraient explorer des méthodes pour stabiliser la transition et permettre d'autres applications pour les matériaux résultants.