長期以來，金剛石在基礎科學和技術領域具有重要意義。它們*的機械性能、高導熱性、寬帶隙、光學性能、生物相容性和量子應用潛力使其異常出色。

納米金剛石獨特的特性使其在未來電子、光學和生物醫(yī)學等各個行業(yè)的技術進步中具有巨大潛力，引起了人們的極大興趣。然而其穩(wěn)定性仍然是一個重要挑戰(zhàn)。從熱力學上講，與石墨相比，金剛石的穩(wěn)定性較低，它的剝離僅受到顯著的動力學壁壘限制。然而，納米尺度的金剛石表面效應可能會降低這一壁壘，導致整個金剛石結構的不穩(wěn)定。值得注意的是，即使是穩(wěn)定的納米金剛石結構也會經受相當大的結構應力，在合成過程中需要嚴格的條件。

使用多層石墨烯作為輻照靶開辟了獲得特定、超薄金剛石薄膜的新可能性。高表面比率使得在整個薄膜厚度上局部實現石墨烯鉆化成為可能，為有效調控其電子性能提供了機會。例如，電子輻照可以在大石墨烯層之間局部形成鍵合，為輻照區(qū)域的載流子創(chuàng)建一個障礙。另一方面，位于SiO2基底上的多層石墨烯的快速重離子輻照可形成孔隙或局部的結構阻尼，也影響了薄膜的導電性。

在輻照過程中，石墨烯結構內形成單晶二維納米金剛石（二維金剛石）是一個引人注目的問題。用MeV能量的快速重離子輻照石墨烯顯示出形成金剛石的希望，這是因為溫度急劇增加（高達~7000 K）和沖擊波的出現。這種方法可以實現表面不受石墨化影響的二維金剛石薄膜的形成，如具有(100)表面的薄膜。

鑒于此，俄羅斯研究型大學莫斯科鋼鐵與合金學院、俄羅斯科學院西伯利亞分院半導體物理研究所和杜布納聯合核子研究所的科研人員采用高能重離子轟擊多層石墨烯，獲得了穩(wěn)定的嵌有金剛石納米結構的石墨烯薄膜復合材料。新材料重量輕，兼具石墨烯良好的導電特性和金剛石的硬度優(yōu)勢，在航空航天和生物醫(yī)學設備等領域具有廣闊的應用前景。

研究人員*探索了通過快速重離子輻照多層石墨烯形成納米金剛石的可能性，證明了Xe26+在26到167 MeV范圍內的撞擊能量可以在石墨烯中形成小型納米金剛石和擴展的二維金剛石團簇，其橫向尺寸范圍從5到20 nm。相關研究成果以“2D diamond structures in multilayer graphene: Simulation and experimental observation”為題發(fā)表于《Carbon》。

研究人員揭示了用快重離子照射石墨烯產生二維金剛石的顯著潛力。石墨烯薄膜中觀察到的納米結構呈現出規(guī)則的金剛石結構，具體變化取決于離子劑量和能量。通過調整這些參數，成功地獲得了與理論預測相符的不同大小的團簇。值得注意的是，該發(fā)現證實了只有通過這種方法才能獲得具有（110）和（100）表面的金剛石薄膜，而具有其他表面的薄膜由于表面效應傾向于發(fā)生石墨化。

此外，研究人員預測了石墨烯薄膜的厚度在確定產生的金剛石結構方面起著關鍵作用。揭示了少于六層的石墨烯薄膜僅產生具有（110）表面的金剛石團簇，而四層（更薄）薄膜無法維持金剛石結構。研究人員對獲得復合材料（石墨烯/金剛石）的機械剛度的估計表明，如果通過單軸拉伸薄膜來計算彈性常數，它比原始石墨烯更脆但至少同樣堅硬。事實上，當團簇受到壓痕時，它甚至可以顯著超過金剛石團簇區(qū)域原始石墨烯薄膜的剛度。

在石墨烯中制造金剛石結構的能力為定制超薄金剛石薄膜的性能打開了可能性的領域。這些薄膜在從電子學和光學到生物醫(yī)學領域的多個領域都具有巨大潛力。金剛石結構的固有穩(wěn)定性和非凡性能使它們成為未來技術突破的有希望的競爭者。這種超強、柔韌、導電的元素二維碳復合材料可以被認為是太空飛機、汽車和生物醫(yī)學設備行業(yè)的有希望的材料。在這一領域的進一步探索可能為開發(fā)性能和功能增強的新材料和器件鋪平道路。

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