Strati di carbonio bidimensionali, i cosiddetti grafeni, sono considerati un possibile sostituto del silicio nell'industria dei semiconduttori. Le proprietà elettroniche di questi strati possono essere variate "costruendo" specifiche serie di fori nella loro struttura. Fisici dell'Empa, Svizzera, insieme ai chimici del Max Planck Institute for Polymer Research di Mainz, Germania, avere, per la prima volta, è riuscito a sintetizzare un polimero poroso simile al grafene con precisione atomica.

Il grafene è costituito da uno strato di carbonio bidimensionale in cui gli atomi di carbonio sono disposti su un reticolo esagonale, simile a un nido d'ape. I nanotubi di carbonio sono fogli arrotolati di grafene, e spesse pile di fogli di grafene formano grafite.

Il grafene vanta alcune caratteristiche molto speciali:è estremamente resistente allo strappo, un ottimo conduttore termico, e riconcilia qualità contrastanti come fragilità e duttilità. Inoltre, il grafene è impermeabile ai gas, che lo rende interessante per applicazioni che coinvolgono membrane a tenuta d'aria. A causa delle sue insolite proprietà elettroniche, il grafene è considerato un possibile materiale sostitutivo del silicio nelle tecnologie dei semiconduttori.

Inserendo fori di dimensioni e distribuzione specifiche nei fogli di grafene, dovrebbe essere possibile conferire al materiale particolari caratteristiche elettroniche. Per questi motivi è in corso un'intensa ricerca in tutto il mondo sulla sintesi e la caratterizzazione di polimeri bidimensionali simili al grafene. Il grafene e i polimeri simili al grafene sono attualmente temi di ricerca caldi nella scienza dei materiali, con il Körber European Science Award di quest'anno assegnato al fisico olandese Andre Geim per i suoi studi pionieristici nel campo dei cristalli di carbonio bidimensionali.

Nuovo metodo di produzione:sintesi “bottom-up” su superfici metalliche

Insieme ai colleghi del Max Planck Institute for Polymer Research di Mainz, gli scienziati del laboratorio "nanotech@surfaces" dell'Empa sono riusciti per la prima volta a sintetizzare un polimero simile al grafene con pori ben definiti. Per ottenere questa impresa, i ricercatori hanno permesso ai blocchi chimici di anelli fenilici funzionalizzati di "crescere" spontaneamente in una struttura bidimensionale su un substrato d'argento. Questo ha creato una forma porosa di grafene con diametri dei pori di un singolo atomo e spaziature tra i pori inferiori a un nanometro.

Fino ad ora, il grafene poroso è stato prodotto mediante processi litografici durante i quali i fori vengono successivamente incisi nello strato di materiale. Questi fori sono, però, molto più grande di pochi atomi di diametro. Inoltre, non sono così vicini l'uno all'altro e hanno una forma significativamente meno precisa come con la tecnica "bottom-up" basata sull'autoassemblaggio molecolare sviluppata dal gruppo Empa e Max Planck. In questo processo i mattoni molecolari si uniscono spontaneamente in punti di collegamento chimicamente definiti per formare un rete bidimensionale. Ciò consente di sintetizzare polimeri simili al grafene con pori più fini di quanto sia possibile con qualsiasi altra tecnica.

Maggiori informazioni:

• "Grafeni porosi:sintesi di polimeri bidimensionali con precisione atomica", Marco Bieri, Mattia Treier, Jinming Cai, Kamel Aďt-Mansour, Pascal Ruffieux, Oliver Groning, Pierangelo Groning, Marcel Kastler, Ralph Rieger, Xinliang Feng, Klaus Mullen, e Romano Fasel, chimica. Comune , 2009, 6919-6921
www.rsc.org/Publishing/Journal … cle.asp?doi=b915190g

• "Highlights in Chemical Science" di «RSC (Royal Society of Chemistry) Publishing»:www.rsc.org/Publishing/ChemSci … neycomb_networks.asp

• "Ricerca in evidenza" in Chimica della natura :www.nature.com/nchem/reshigh/2 … /full/nchem.415.html

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