Il sito del Premio Nobel mostra un gatto che riposa su un'amaca di grafene. Sebbene fittizio, l'immagine cattura l'eccitazione intorno al grafene, quale, a un atomo di spessore, è il materiale tra i più sottili e resistenti mai prodotti.

Un ostacolo significativo alla realizzazione del potenziale del grafene risiede nella creazione di una superficie abbastanza grande da sostenere un teorico gatto addormentato. Per adesso, gli scienziati dei materiali uniscono i singoli fogli di grafene per creare fogli abbastanza grandi da poter studiare possibili applicazioni. Proprio come cucire insieme toppe di tessuto può creare punti deboli dove le singole toppe si incontrano, i difetti possono indebolire i "confini del grano" in cui i fogli di grafene sono cuciti insieme - almeno questo è ciò che pensavano gli ingegneri.

Ora, gli ingegneri della Brown University e dell'Università del Texas-Austin hanno scoperto che i bordi dei grani non compromettono la resistenza del materiale. I confini del grano sono così forti, infatti, che i fogli sono resistenti quasi quanto il grafene puro. Il trucco, scrivono in un articolo pubblicato su Scienza , risiede negli angoli in cui i singoli fogli sono cuciti insieme.

"Quando hai più difetti, ti aspetti che la forza venga compromessa, " ha detto Vivek Shenoy, professore di ingegneria e autore corrispondente dell'articolo, "ma qui è esattamente il contrario."

La scoperta potrebbe favorire lo sviluppo di fogli di grafene più grandi per l'uso in elettronica, ottica e altri settori.

Il grafene è una superficie bidimensionale composta da atomi di carbonio fortemente legati in un ordine quasi privo di errori. L'unità di base di questo modello reticolare è costituita da sei atomi di carbonio uniti tra loro chimicamente. Quando un foglio di grafene viene unito a un altro foglio di grafene, alcuni di quegli esagoni a sei atomi di carbonio diventano legami a sette atomi di carbonio, ettagoni. I punti in cui si verificano gli ettagoni sono chiamati "legami critici".

I legami critici, situato lungo i bordi del grano, erano stati considerati gli anelli deboli del materiale. Ma quando Shenoy e Rassin Grantab, uno studente del quinto anno, analizzato quanta forza si perde ai bordi del grano, hanno imparato qualcosa di diverso.

"Si scopre che questi confini di grano possono, in alcuni casi, essere forte come il grafene puro, "Ha detto Shenoy.

Gli ingegneri hanno quindi cercato di capire perché. Utilizzando calcoli atomistici, hanno scoperto che l'inclinazione dell'angolo con cui i fogli si incontrano - i bordi del grano - ha influenzato la resistenza complessiva del materiale. L'orientamento ottimale che produce i fogli più resistenti, riferiscono, è 28,7 gradi per i fogli con un motivo a poltrona e 21,7 gradi per i fogli con un layout a zigzag. Questi sono chiamati bordi di grano a grande angolo.

I bordi dei grani a grande angolo sono più forti perché i legami negli ettagoni sono più vicini in lunghezza ai legami che si trovano naturalmente nel grafene. Ciò significa che in bordi di grano a grande angolo, i legami negli ettagoni sono meno tesi, il che aiuta a spiegare perché il materiale è forte quasi quanto il grafene puro nonostante i difetti, ha detto Shenoy.

"È il modo in cui sono disposti i difetti, "Ha detto Shenoy. "Il confine del grano può ospitare meglio gli ettagoni. Sono più tranquilli".