碳可以形成不同類型的材料，從金剛石到石墨以及新近的富勒烯、納米管和石墨烯。這些材料由于碳鍵結(jié)構(gòu)不同，而表現(xiàn)出各種特殊性質(zhì)。制造硬度相當(dāng)或優(yōu)于金剛石的薄層材料是一個(gè)一直以來的挑戰(zhàn)。從科學(xué)和技術(shù)兩方面的原因來說，石墨轉(zhuǎn)變成金剛石仍然是材料科學(xué)中最令人著迷和研究的固-固相變之一。最近，在實(shí)驗(yàn)和理論上的努力，已經(jīng)有了許多通過表面的化學(xué)官能化來引起多層石墨烯轉(zhuǎn)變類金剛石結(jié)構(gòu)的研究。然而，盡管取得了一些成功，但是這種原子級(jí)薄層的類金剛石薄膜還沒有實(shí)驗(yàn)證據(jù)證明其具有類似于金剛石的機(jī)械性能。

來自紐約城市大學(xué)的研究小組，在ElisaRiedo領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)和AngeloBongiorno領(lǐng)導(dǎo)的理論團(tuán)隊(duì)的努力下，發(fā)現(xiàn)在極高的壓力下擠壓雙層石墨烯可以將其轉(zhuǎn)化為超薄金剛石薄膜。這種有趣的現(xiàn)象在單層或多層石墨烯情況下還沒有被發(fā)現(xiàn)，只能發(fā)生在雙層石墨烯的情況下。也許有一天，可以被用來開發(fā)超薄保護(hù)涂層，或者用于某些高精尖的電子元件。

ElisaRiedo領(lǐng)導(dǎo)的小組通過將AFM尖端壓入裸碳化硅以及覆蓋有各種數(shù)量的石墨烯層的碳化硅，來測(cè)量其表面硬度時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的現(xiàn)象。單層的石墨烯層會(huì)稍微降低了表面硬度，而三層以及更多層則會(huì)顯著降低表面硬度。然而，奇怪的是，雙層的石墨烯涂層會(huì)使得表面更硬。即使是金剛石壓頭也不能在雙層石墨烯覆蓋的表面進(jìn)行標(biāo)記，這表面至少它會(huì)和金剛石一樣堅(jiān)硬。Riedo的團(tuán)隊(duì)對(duì)此感到困惑。一年來，他們重復(fù)了實(shí)驗(yàn)，并認(rèn)為他們錯(cuò)了。最后，由AngeloBongiorno領(lǐng)導(dǎo)的理論團(tuán)隊(duì)指出，正如之前的理論研究中預(yù)言的那樣，石墨烯可以轉(zhuǎn)化為鉆石。隨后，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)和理論團(tuán)隊(duì)一起對(duì)所得的硬化薄膜進(jìn)行多項(xiàng)測(cè)試。根據(jù)密度泛函理論推斷，金剛石和碳化硅之間的晶格失配使得表面上的第一層石墨烯中產(chǎn)生了扣環(huán)。這些扭曲減少了前兩個(gè)sp2雜化石墨烯片轉(zhuǎn)變成sp3雜化金剛石晶格的能壘。然而，當(dāng)存在兩層以上時(shí)，與這些附加層的結(jié)合阻礙了轉(zhuǎn)變。Riedo說：“現(xiàn)在我們正在進(jìn)一步了解界面的重要性。

這項(xiàng)研究的結(jié)果表面雙層石墨烯是制造壓力激活適應(yīng)性超硬超薄涂層和力控耗散開關(guān)的有趣候選者。研究開辟了新的途徑來研究室溫下低維系統(tǒng)中的石墨-金剛石相變。最后這項(xiàng)工作為石墨烯中單層金剛石的生成提供了新的途徑，例如，類金剛石相可以通過局部壓力與溫度、鈍化氣體或局部加熱相結(jié)合，變成更穩(wěn)定的狀態(tài)。這些納米結(jié)構(gòu)具有非常有前景的光學(xué)和電子性質(zhì)，對(duì)未來材料的影響難以計(jì)量。