(PhysOrg.com) -- Le straordinarie proprietà del grafene e del teflon sono state combinate in un nuovo materiale dai vincitori del Premio Nobel per la Fisica di quest'anno.
Kostya Novoselov e Andre Geim, lavorando presso l'Università di Manchester, UK, primo grafene isolato nel 2004. Era un compito difficile, come ci si aspetterebbe se tra le ricompense ci fosse un premio Nobel, anche se ha comportato l'uso di un umile nastro adesivo per staccare le superfici uno strato alla volta. Hanno scoperto che il grafene è la forma più sottile e più forte di carbonio, e che potrebbe condurre il calore meglio di qualsiasi altro materiale conosciuto. Come conduttore di elettricità, si comporta bene come il rame. I loro sforzi più recenti hanno portato a un nuovo materiale derivato che è altrettanto forte e persino più stabile del grafene originale, ma che non conduce affatto elettricità:il cosiddetto fluorografene.
Il grafene stesso è un singolo strato atomico del materiale grafite, si trova comunemente nelle matite. A livello molecolare, ha una struttura piatta a nido d'ape di esagoni di collegamento con atomi di carbonio ai vertici. Nubi di elettroni si diffondono sulle superfici superiore e inferiore, ecco perché il materiale conduce l'elettricità così bene.
L'attuale traguardo del gruppo di Manchester, lavorando a stretto contatto con collaboratori internazionali, è posizionare un atomo di fluoro su ogni singolo atomo di carbonio, distruggendo così la nuvola di elettroni e impedendo all'elettricità di fluire in condizioni normali, ma senza interferire con l'integrità strutturale della struttura del carbonio. Nei lavori precedenti, avevano aggiunto atomi di idrogeno al posto del fluoro, ma ha riscontrato che il materiale risultante era instabile alle alte temperature.
L'ultima svolta è stata pubblicata questa settimana sulla rivista Piccolo . Rahul Raveendran-Nair è un ricercatore post-laurea presso l'Università di Manchester e responsabile della pubblicazione. Descrive il fluorografene come "l'isolante più sottile possibile, ottenuto attaccando atomi di fluoro a ciascuno degli atomi di carbonio nel grafene. È il primo derivato chimico stechiometrico del grafene ed è un semiconduttore ad ampio gap. Il fluorografo è un composto meccanicamente forte e chimicamente e termicamente stabile. Le proprietà di questo nuovo materiale sono molto simili al Teflon e chiamiamo questo materiale Teflon 2D”.
Sviluppare un metodo adatto per realizzare questo Teflon 2D non è stato semplice. “Il fluoro è un elemento altamente reattivo, e reagisce con quasi tutto. Quindi la sfida principale era fluorurare completamente il grafene senza danneggiare il grafene e i suoi substrati di supporto. La nostra fluorurazione di membrane di grafene a strato singolo su griglia di supporto chimicamente inerte e carta di grafene sfusa a temperatura elevata supera questo problema tecnico, ” spiega Raveendran-Nair.
Gli autori prevedono che il fluorografene sarà utilizzato in elettronica, ma riconoscere che “per applicazioni elettroniche realistiche la qualità elettronica deve essere migliorata. Speriamo che questo possa essere raggiunto molto presto. Alcune possibili applicazioni elettroniche del fluorografene sono il suo utilizzo come barriera tunnel e come isolante di alta qualità o materiale barriera per l'elettronica organica”. Sono possibili anche altri campi di applicazione. Per esempio, come un semiconduttore ad ampio gap completamente trasparente alla luce visibile, il fluorografene potrebbe trovare impiego nei LED (diodi emettitori di luce) e nei display.
Il gruppo di Manchester non è stato l'unico coinvolto, e collaboratori dalla Cina (Shenyang National Laboratory for Materials Science), Paesi Bassi (Università Radboud di Nimega), Polonia (Istituto di tecnologia dei materiali elettronici), e Russia (Nikolaev Institute of Inorganic Chemistry) hanno aggiunto la loro esperienza. Secondo Raveendran-Nair, avere una squadra così numerosa ha aiutato a intraprendere un'indagine approfondita sul fluorografene; “Tutti noi abbiamo lavorato molto duramente per il successo di questo progetto. Abbiamo utilizzato una grande varietà di tecniche di caratterizzazione e studi molto dettagliati per comprendere le proprietà di questo nuovo materiale”.
Nel corso del progetto i leader sono stati nominati Premi Nobel, ma a quanto pare la vita lavorativa nel gruppo non è cambiata molto. “Anche nella loro nuova vita frenetica entrambi i professori lavorano ancora a stretto contatto con tutti i membri del gruppo e sono molto coinvolti nella ricerca quotidiana”, dice Raveendran-Nair. “Lavorare sotto di loro è una grande ispirazione. È sia un luogo gratificante che piacevole per intraprendere la ricerca.”
