(PhysOrg.com) -- Nuovi risultati degli scienziati dell'Università di Umeľ, Svezia, mostrano che non solo l'acqua ma anche i solventi alcolici possono essere inseriti per espandere la struttura dell'ossido di grafite in condizioni di alta pressione. Le informazioni sono utili nella ricerca di nuovi metodi per sviluppare materiali straordinari che potrebbero essere utilizzati, ad esempio, nella nanoelettronica e per lo stoccaggio di energia.
L'ossido di grafite ha una struttura a strati come la comune grafite, usato nelle matite, ma con una maggiore distanza tra gli strati. Ha anche una capacità unica di incorporare vari solventi tra gli strati. Anche dopo 150 anni di studi, la struttura dell'ossido di grafite rimane un mistero.
L'interesse per l'ossido di grafite si è recentemente acceso a causa della possibilità di convertirlo in grafene, un foglio di carbonio dello spessore di un solo atomo. Il grafene ha il potenziale per fungere da base per una classe di materiali completamente nuova, che sono ultra resistenti ma leggeri. Gli straordinari materiali potrebbero ad esempio essere utilizzati per la nanoelettronica, nelle celle solari, per la preparazione di carta eccezionalmente resistente, e per migliorare l'efficienza del carburante in automobili e aeroplani. L'ossido di grafite può essere convertito in grafene mediante riscaldamento moderato e persino con un flash di una normale fotocamera. Un metodo alternativo è il trattamento chimico dell'ossido di grafite disperso in soluzione. Per rendere più efficiente la conversione dell'ossido di grafite in grafene, i ricercatori devono conoscere informazioni dettagliate sulla struttura dell'ossido di grafite, compresa la sua struttura in soluzione a varie condizioni.
"Abbiamo trovato una serie di nuovi fenomeni per l'ossido di grafite in condizioni di alta pressione. Ciò offre ulteriori possibilità di sviluppare nuovi materiali compositi correlati al grafene utilizzando un trattamento ad alta pressione e di modificare chimicamente l'ossido di grafite. Chiaramente, possiamo inserire molecole più grandi tra strati di ossido di grafite a causa dell'espansione del reticolo in condizioni di alta pressione. Anche, quando strati di ossido di grafite sono separati da più strati di solvente è più probabile che rimarranno separati dopo la riduzione, prevenendo così la formazione di grafite e favorendo la sintesi del grafene", dice il dottor Alexandr Talyzin.
L'anno scorso un team internazionale di scienziati svedesi, Ungheria, Germania e Francia hanno riportato una proprietà insolita dell'ossido di grafite:la struttura si è espansa in condizioni di alta pressione a causa dell'inserimento di acqua liquida. Il nuovo studio condotto da scienziati dell'Università di Umeľ ed eseguito presso la linea di luce svizzero-norvegese (ESRF, Grenoble) riporta che non solo acqua ma anche solventi alcolici (metanolo ed etanolo) possono essere inseriti tra strati di grafene ossidato in condizioni di alta pressione.
"Però, avviene in modo molto diverso rispetto a quando si inserisce acqua ad alta pressione. L'alcol viene inserito in un unico passaggio come strato completo nella struttura ad una certa pressione mentre l'inserimento dell'acqua avviene gradualmente, senza passaggi chiari", dice il dottor Alexandr Talyzin. Esperimenti con miscele di metanolo e acqua hanno dimostrato che l'acqua tra gli strati di ossido di grafite è allo stato liquido e rimane liquida anche quando l'acqua sfusa si solidifica attorno ai grani del materiale.
"La quantità extra di acqua e metanolo viene rilasciata anche dalla struttura quando la pressione diminuisce, che si traduce in un effetto "respirazione" strutturale unico. È anche notevole che per l'etanolo la struttura espansa ad alta pressione sia stata osservata anche dopo il completo rilascio della pressione", dice il dottor Alexandr Talyzin.
Gli esperimenti sono stati eseguiti utilizzando cellule di incudine diamantate, che consentono di spremere campioni minuscoli fino a pressioni molto elevate e di studiare le trasformazioni di fase mediante diffrazione di raggi X attraverso diamanti. I nuovi risultati sono pubblicati in J.Am. chimica. Soc di Alexandr V. Talyzin, Bertil Sundqvist, (Svezia), Tamás Szabó, Imre Dekany (Ungheria) e Vladimir Dmitriev (Francia).
