Углерод с точки зрения минералогии примечателен полиморфизмом: он формирует графит и алмаз. Различие их кристаллических структур определяет противоположные физические свойства. Так, графит со слоистой структурой из гексагональных ячеек обладает низкой твердостью и высокой электропроводностью за счет подвижных электронов, а алмаз с кристаллической решеткой в виде гранецентрированного куба характеризуется максимальной твердостью и диэлектрическими свойствами ввиду широкой запрещенной зоны около 5,5 эВ.

Новое исследование ИНХ СО РАН посвящено разработке методов контролируемой графитизации алмаза.

Процесс перевода алмаза в графит при большей термодинамической стабильности последнего в нормальных условиях осложнен прочными sp3 связями углерода и требует значительного расхода энергии. Однако существует 2 способа его интенсификации.

Первый предполагает использование металлов-катализаторов, таких как железо, никель и молибден. В таком случае сначала методом плазмохимического осаждения получают поликристаллические алмазные пленки. На них наносят тонкий слой металла и подвергают термическому воздействию при 500-800°C в бескислородной среде. В результате получается графеновый слой толщиной от нескольких нм вследствие диффузии углерода в металл с последующим выделением sp2-фаз на поверхности. Данный метод весьма экономичен, что упростит и ускорит его промышленное внедрение.

Второй способ состоит в воздействии на алмаз импульсным ультрафиолетовым лазером. Локальный нагрев ведет к абляции его верхнего слоя и графитизации прилегающих участков. Данный метод отличается высокой производительностью, поэтому перспективен для масштабных производств.

К тому же оба метода весьма просты.

Появление первых комбинированных углеродных материалов возможно в ближайшие несколько лет. Они будут востребованы в электронике, терагерцовой оптике и квантовых технологиях.