Grafene, un foglio di carbonio dello spessore di un atomo, potrebbe essere al centro della prossima rivoluzione nella scienza dei materiali. Questi fogli ultrasottili hanno un grande potenziale per una varietà di applicazioni, dalla sostituzione del silicio nelle celle solari al raffreddamento dei chip dei computer.

Nonostante la sua vasta promessa, il grafene e i suoi derivati ​​"sono materiali di cui la gente capisce poco, " ha detto Vivek Shenoy, professore di ingegneria alla Brown University. "Più possiamo capire le loro proprietà, più possibilità (tecnologiche) che ci si apriranno".

Shenoy e un team di ricercatori statunitensi hanno acquisito nuove informazioni su questi materiali misteriosi. Il gruppo, in una carta in Chimica della natura , individua le configurazioni atomiche degli atomi non di carbonio che creano difetti quando il grafene viene prodotto attraverso una tecnica chiamata riduzione dell'ossido di grafene. Partendo da quella scoperta, i ricercatori propongono come rendere quella tecnica più efficiente delineando con precisione come applicare l'idrogeno, piuttosto che il calore, per rimuovere le impurità nei fogli.

I fogli prodotti dalla riduzione dell'ossido di grafene sono bidimensionali, piani di carbonio dall'aspetto a nido d'ape. La maggior parte degli atomi nel reticolo sono carbonio, che è quello che vogliono gli scienziati. Ma intrecciati nella struttura ci sono anche atomi di ossigeno e idrogeno, che interrompono l'uniformità del foglio. Applicare abbastanza calore al reticolo, e alcuni di quegli atomi di ossigeno si legano con atomi di idrogeno, che può essere rimosso come acqua. Ma alcuni atomi di ossigeno sono più testardi.

Shenoy, insieme allo studente laureato Brown Akbar Bagri e ai colleghi della Rutgers University e dell'Università del Texas-Dallas, ha utilizzato simulazioni di dinamica molecolare per osservare la configurazione atomica del reticolo di grafene e capire perché gli atomi di ossigeno rimanenti sono rimasti nella struttura. Hanno scoperto che gli atomi di ossigeno resistenti avevano formato doppi legami con atomi di carbonio, una disposizione molto stabile che produce fori irregolari nel reticolo.

Gli atomi di ossigeno che formano doppi legami con il carbonio "hanno un'energia molto bassa, " Shenoy ha detto. "Sono non reattivi. È difficile farli uscire".

Ora che hanno compreso la configurazione degli atomi di ossigeno resistenti nel grafene, i ricercatori affermano che l'aggiunta di atomi di idrogeno nelle quantità prescritte e in posizioni definite è il modo migliore per ridurre ulteriormente l'ossido di grafene. Una tecnica promettente, scrivono sul giornale, consiste nell'introdurre idrogeno dove gli atomi di ossigeno si sono legati con gli atomi di carbonio e hanno formato i fori più grandi. L'ossigeno e l'idrogeno dovrebbero accoppiarsi (come ossidrili) e lasciare il reticolo, in sostanza "guarire il buco, "Ha detto Shenoy.

Un altro approccio consiste nel rimuovere le impurità dell'ossigeno concentrandosi sulle aree in cui si sono formati i carbonili, atomi di carbonio che hanno un doppio legame con gli atomi di ossigeno. Aggiungendo idrogeno, i ricercatori teorizzano, gli atomi di ossigeno possono essere staccati sotto forma di acqua.

I ricercatori hanno poi in programma di sperimentare le tecniche di trattamento dell'idrogeno e di studiare le proprietà dell'ossido di grafene "a sé stante, "Ha detto Shenoy.