In uno sviluppo che potrebbe portare a nuovi compositi di carbonio e display touch-screen, ricercatori della Rice University e del Technion-Israel Institute of Technology hanno presentato oggi un nuovo metodo per produrre grandi quantità di fogli di carbonio dello spessore di un atomo chiamati grafene.

La ricerca è disponibile online sulla rivista Nanotecnologia della natura .

Quando impilati insieme, fogli di grafene producono grafite, che è stato comunemente usato come mina per centinaia di anni. Non è stato fino al 2004 che i fogli di grafene indipendenti sono stati caratterizzati per la prima volta con moderni strumenti nanotecnologici. Da allora, il grafene è stato oggetto di un attento esame da parte degli scienziati dei materiali, in parte perché è sia ultraforte che altamente conduttivo.

"Esistono metodi ad alto rendimento per produrre ossido di grafene, che non è conduttivo come il grafene, e ci sono metodi a bassa produttività per produrre grafene puro, " ha detto il co-autore principale Matteo Pasquali, professore di chimica e ingegneria biomolecolare e chimica alla Rice. "Il nostro metodo produce materiale molto puro, e si basa su tecniche di lavorazione dei fluidi sfuse che sono state a lungo utilizzate dall'industria chimica."

Pasquali ha detto che il team di ricerca ha scoperto che potrebbe sciogliere la grafite nell'acido clorosolfonico, un comune solvente industriale. I ricercatori hanno dovuto escogitare nuovi metodi per misurare l'aggregazione dei fiocchi di grafene disciolti, ma alla fine il team è rimasto piacevolmente sorpreso nello scoprire che i singoli strati di grafene nella grafite si staccavano spontaneamente. Il team è stato in grado di sciogliere fino a due grammi di grafene per litro di acido per produrre soluzioni almeno 10 volte più concentrate rispetto ai metodi esistenti.

I ricercatori hanno sfruttato nuove tecniche criogeniche per la microscopia elettronica che hanno permesso loro di visualizzare direttamente i fogli di grafene nell'acido clorosolfonico.

"Abbiamo applicato nuovi metodi che avevamo sviluppato per visualizzare direttamente i nanotubi di carbonio nell'acido, " ha detto il co-autore Yeshayahu "Ishi" Talmon, professore di ingegneria chimica al Technion-Israel Institute of Technology. "Non è stata un'impresa da poco, considerando la natura dell'acido e la difficoltà della preparazione e dell'imaging dei campioni".

Utilizzando le soluzioni concentrate di grafene disciolto, gli scienziati hanno realizzato pellicole trasparenti elettricamente conduttive. Tali film potrebbero essere utili per realizzare touch screen meno costosi di quelli utilizzati negli smartphone di oggi. Inoltre, i ricercatori hanno anche prodotto cristalli liquidi.

"Se puoi fare cristalli liquidi, puoi filare le fibre, ", ha affermato il coautore dello studio James Tour, T.T. e W.F. di Rice Chao Professore di Chimica. "Nei cristalli liquidi, i singoli fogli si allineano in domini, e avere una certa misura di allineamento ti consente di far scorrere il materiale attraverso aperture strette per creare fibre."

Se il metodo si rivela utile per produrre fibre di grafene alla rinfusa, potrebbe ridurre il costo dei compositi di carbonio ultraresistenti utilizzati nel settore aerospaziale, industria automobilistica ed edile.