化学诱导石墨烯-金刚石转变的纳米热力学

近二维金刚石，或称 diamane，是备受青睐的超薄 $sp^3$ 碳膜，具有独特的力学与电光特性。其极薄的厚度（$~h$）使得表面化学（例如吸附原子）能够改变块体相热力学，使多层石墨烯倾向于转变为金刚石。热力学理论结合原子尺度第一性原理计算不仅预测了所需压力的降低（$p/p_{\infty}>1-h_0/h$），还给出了成核势垒，而后者决定了 diamane 形成的动力学可行性。此外，双层石墨烯上吸附物的椅式最优排布导致立方金刚石晶格，而对于更厚的前驱体，若石墨烯初始为 AA` 堆垛，吸附物的船式结构则倾向于产生六方金刚石（lonsdaleite）。作为吸附物，H 和 F 有利于金刚石形成，而 Cl 似乎存在空间位阻。