【大纪元2014年04月10日讯】（大纪元记者王明编译报导）正常条件下，石墨是碳原子最稳定的存在形式，石墨要转换成钻石，需施加地表大气压约15万倍的压力。美国国家加速器实验室(SLAC)主导的研究团队，新近发现一项奈米级制程，能制造钻石薄膜，可作为刀具、电子设备及电化学感应器的材料，深具工业应用的开发潜力。
据美国史丹福大学及美国SLAC网站日前报导，石墨烯(graphene)是由单原子厚的石墨构成，科学家将数层石墨烯结合金属制支架，并将氢气暴露在石墨烯最上层。出乎他们的意料之外，石墨烯表层掀起多米诺骨牌效应，原本是石墨材质，竟然转变成类钻石结构。
这项新近研究主要作者卡亚(Sarp Kaya)说：“我们提出了科学界首次的实验证据，证实氢气可诱发石墨烯产生这种结构转变。我们的研究表明，在没有加压的条件下，成功的合成超薄的类钻石薄膜，石墨烯加氢气可能是未来新的研究取向。”
从铅笔心变钻石
石墨和钻石都是由碳元素所构成，外观全然不同，而且两者特性也天差地别。其次，石墨是碳原子排列在平面上的片材，片与片之间可轻易滑动。这种石墨结构十分柔软，广泛用在装有石墨的产品之中。
另一方面，钻石由各个面向十分牢固的碳原子键结在一块。因此，钻石的质地极为坚硬。除了机械强度极高，钻石更具有电学、光学和化学方面的不凡特性，具有庞大的利用价值，可应用至许多工业领域。
现在，科学家在奈米级条件下，发现了替代性方式，使碳原子从结构柔软的铅笔心变钻石。
多米诺骨牌效应
研究人员在实验过程中，将铂制支架上端加入最多达4层的石墨烯，然后在石墨烯最上层排入氢气，并利用史丹福同步辐射光源的强大X射线照射，研究团队确定了氢气能影响石墨层状结构的机制。石墨烯与氢气的结合启动了多米诺骨牌效应，由碳原子的表层结构变化传递至下层所有结构，导致原本平面状的碳原子—石墨，转变成类钻石结构。
这项发现远超乎研究人员的预料。该实验的原始目的，是想了解氢气改变石墨烯某些属性的可能性，并将其应用在电子基本元件—电晶体之中。相反地，科学家们却发现，石墨与氢气的结合，致使石墨和铂片之间也形成了化学键。
事实证明，这些键结反应是产生多米诺骨牌效应的关键。卡亚解释说：“为了使这个过程趋于稳定，铂片需与最接近的碳原子层产生键结反应。钻石薄膜的整体稳定性就取决于铂片的键结作用。 ”
科学家表示，未来的研究将探究只有数层的石墨烯氢化反应，让此材料应用至所有材料科学的领域。值得留意的是，不同厚度的石墨烯与其他金属薄板，是否也能形成类钻石的薄膜。
（责任编辑：林文）
