堅硬的材料，具有出色的光、電、熱、機械和電子特性。美國路易斯安那理工大學Kasra Momeni研究團隊研究了一種新的合成技術(shù)，從多層石墨烯合成氨綸和金剛石薄膜，合成時壓力遠遠低于石墨/金剛石轉(zhuǎn)變壓力。這里使用了分子動力學技術(shù)，其研究結(jié)果表明，結(jié)合使用剪切和軸向壓縮時，多層石墨烯/金剛石轉(zhuǎn)變壓力顯著減小（減少了兩倍）。多層石墨烯的剪切形變降低了相變能壘，扮演了熱擾動作用，其本身促進了金剛石的形成。該研究還發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換應變和應力對溫度的依賴性相對較弱。塊狀石墨的應力-應變曲線在一定溫度下呈指數(shù)下降。

Figure1. 在壓縮和剪切共同作用下形成金剛石。（a）實驗裝置示意圖；（b）石墨和HD混合相壓縮后的SEM圖；（c）納米晶體CD的TEM圖；（d）石墨與形成得金剛石的強度光譜比較；（e）立方金剛石納米晶的HRTEM圖和FFT分析；（f）正交金剛石晶體的HRTEM以及FFT（右上）和SAED（左下）圖。

Figure2. 建模系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和配置。（a）ABAB堆疊的多層石墨烯頂視圖。（b）多層石墨烯結(jié)構(gòu)的不同堆疊方式。

Figure3. 對于8L石墨烯系統(tǒng)，在0K（a）和600K（b）下于不同壓縮應變時，石墨的能量與剪切應變的函數(shù)關(guān)系；（c）和（d）表示了圖（a）和（b）中選定點相對應的結(jié)構(gòu)。

Figure4. 塊狀石墨模擬結(jié)果。（a）軸向壓縮載荷的應力-應變曲線。在應力-應變曲線中可以檢測到轉(zhuǎn)變應變。（b）塊狀石墨在不同溫度下的轉(zhuǎn)變應力與剪切應力得函數(shù)關(guān)系。

Figure5. 對于多層石墨烯系統(tǒng)，在軸向壓縮下，轉(zhuǎn)變應力和應變隨溫度的變化情況。石墨烯/金剛石相變的（a）轉(zhuǎn)變壓力和（b）轉(zhuǎn)變應變。

該研究工作由美國路易斯安那理工大學Kasra Momeni研究團隊于2020年發(fā)表在Carbon期刊上。

原文：Shear-induced diamondization of multilayer graphene structures: Acomputational study。