Il Grafene Ripara i Buchi Ricucendosi Da Solo!

Che il grafene, materiale prodotto solo pochi anni fa per la prima volta, fosse potenzialmente rivoluzionario per le sue caratteristiche, lo si sapeva già. Ma le sorprese non smettono di arrivare, e le sue applicazioni sono sempre più incredibili. In poche parole, si tratta di un materiale costituito da uno strato monoatomico di atomi di carbonio (avente cioè uno spessore equivalente alle dimensioni di un solo atomo). Viene prodotto in laboratorio a partire da cristalli di comune grafite che vengono trattati con una soluzione fortemente acida e successivamente vengono ossidati ed esfoliati fino ad ottenere cerchi di grafene che vengono successivamente purificati grazie ad altri trattamenti. Una semplice pellicola mono-atomica di carbonio può non sembrare qualcosa di speciale, ma ha in realtà dimostrato di avere proprietà fuori dal comune, tanto da far vincere il premio nobel per la fisica ai suoi due scopritori.

Il grafene è forte 200 volte più dell'acciaio. Come conduttore di elettricità funziona meglio del rame ed è poi un eccezionale conduttore di calore. É quasi trasparente, ma è così denso che nemmeno l'elio, il più piccolo gas atomico, può attraversarlo. Queste proprietà superano ampiamente quelle di qualsiasi altra sostanza nota e permettono di pensare a questo materiale come l'elemento che rivoluzionerà il mondo dell'elettronica, del fotovoltaico e delle applicazioni sensoristiche. L'IBM per esempio ha già lavorato sulla costruzione di transistor in grafene con frequenze di oltre 150Ghz.

Tutti quindi sognano di usare questo materiale per applicazioni future, ma c'è un problema. Nessuno ha ancora capito come produrre grafene in quantità industriali e affidabili o come modellarlo e farlo crescere in forme particolari, necessarie per la futura generazione di dispositivi.

In parte questo è dovuto anche alla grande difficoltà di costruire uno strato monoatomico di per se. Ma per il carbonio è ancor più difficile per la grande affinità che quest'atomo ha con gli altri atomi, incluso se stesso. Un foglio di carbonio si arriccerà tutto molto facilmente, formando una palla o un tubo o qualche forma esotica. Reagirà anche facilmente con gli atomi vicini e questo previene la crescita e può anche fare il grafene a pezzi.

Quindi una delle cose più importanti da studiare in questo momento è come il grafene interagisce con se stesso e l'ambiente, per poter imparare a domare le sue caratteristiche. Qui entrano in gioco Konstantin Novoselov, dell'Università di Manchester, insieme ad alcuni suoi colleghi, che hanno passato più di due ore a guardare fogli di grafene attraverso un microscopio elettronico, per capire come si comporta.

Questo ha permesso loro di fare una grandissima scoperta riguardo al comportamento così poco prevedibile del grafene! In poche parole, i ricercatori hanno capito che se si fa un buco in un foglio di grafene, il materiale automaticamente si ricuce, riparandosi e ricostruendo la sua precedente struttura.

Novoselov e co. hanno fatto questa scoperta scavando piccoli buchi in un foglio di grafene e usando un raggio di elettroni, guardando poi a cosa succede, con un microscopio elettronico. Hanno anche aggiunto un po' di atomi di palladio e nichel, che catalizzano la dissociazione dei legami di carbonio e si legano ai bordi dei buchi, rendendoli stabili.
Hanno così scoperto che la grandezza dei buchi dipendeva dal numero di atomi di metallo inseriti. Più ne venivano aggiunti, più i buchi più grandi diventavano stabili.

Ma c'è una curiosa in tutto questo: se aggiungevano anche altri atomi di carbonio, gli atomi di metalli venivano rimossi e gli atomi di carbonio venivano usati per ricucire i buchi.

Novoselov e co. dicono che la struttura di queste aree riparate dipende dalla forma in cui è disponibile il carbonio. Quindi quando è disponibile un idrocarburo, le riparazioni tendono a contenere difetti non esagonali, dove gli atomi estranei sono entrati nella struttura.

Ma quando il carbonio è disponibile in forma pura, le riparazioni sono perfette e formano del grafene puro. Questo è un fatto molto importante perché suggerisce subito un modo per far crescere del grafene in quasi qualsiasi forma usando quest'attenta iniezione di metalli e atomi di carbonio.

Ma ci sono anche significative sfide davanti. Un'importante domanda è quanto velocemente avvengono questi processi e se possono essere controllati con la precisione ed affidabilità necessaria per la manifattura industriale.

Novoselov è un leader nel settore globale della ricerca sul grafene ed è uno dei due ricercatori che ha vinto il Premio Nobel per la Fisica, nel 2010, per la sua ricerca sul grafene. Lui ed il suo team si sono lanciati nel risolvere questa e varie altre limitazioni del nuovo materiale.

http://arxiv.org/abs/1207.1487

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