(PhysOrg.com) -- Una nuova ricerca dell'Università della Pennsylvania dimostra un metodo più coerente ed economico per produrre grafene, il materiale su scala atomica che ha applicazioni promettenti in una varietà di campi, ed è stato oggetto del Premio Nobel 2010 per la Fisica.

Come spiegato in uno studio pubblicato di recente, un team di ricerca della Penn è stato in grado di creare grafene di alta qualità che è solo un singolo atomo di spessore oltre il 95% della sua area, utilizzando materiali prontamente disponibili e processi di produzione che possono essere scalati fino a livelli industriali.

“Sono a conoscenza di segnalazioni di circa il 90%, quindi questa ricerca lo sta spingendo più vicino all'obiettivo finale, che è il 100%, ” ha detto il ricercatore principale dello studio, A. Charlie Johnson, professore di fisica. “Abbiamo una visione di un processo completamente industriale.”

Altri membri del team del progetto includevano i borsisti post-dottorato Zhengtang Luo e Brett Goldsmith, studenti laureati Ye Lu e Luke Somers e studenti universitari Daniel Singer e Matthew Berck, tutto il Dipartimento di Fisica e Astronomia della Penn nella School of Arts and Sciences.

I risultati del gruppo sono stati pubblicati il ​​10 febbraio sulla rivista Chimica dei materiali .

Il grafene è un reticolo simile a un filo di pollo di atomi di carbonio disposti in fogli sottili dello spessore di un singolo strato atomico. Le sue proprietà fisiche uniche, compresa l'imbattibile conduttività elettrica, potrebbe portare a importanti progressi nel campo dell'energia solare, stoccaggio di energia, memoria del computer e una miriade di altre tecnologie. Ma i complicati processi di produzione e i risultati spesso imprevedibili attualmente ostacolano l'adozione diffusa del grafene.

La produzione di grafene su scala industriale non è inibita dall'alto costo o dalla rarità delle risorse naturali - probabilmente viene prodotta una piccola quantità di grafene ogni volta che viene utilizzata una matita - ma piuttosto dalla capacità di produrre quantità significative con una sottigliezza costante.

Una delle tecniche di produzione più promettenti è CVD, o deposizione chimica da vapore, che comporta il soffiaggio di metano su sottili fogli di metallo. Gli atomi di carbonio nel metano formano un sottile film di grafene sulle lamiere, ma il processo deve essere eseguito quasi nel vuoto per evitare che più strati di carbonio si accumulino in grumi inutilizzabili.

La ricerca del team Penn mostra che il grafene a strato singolo può essere prodotto in modo affidabile a pressioni normali se i fogli di metallo sono sufficientemente lisci.

“Il fatto che ciò avvenga a pressione atmosferica consente di produrre grafene a un costo inferiore e in modo più flessibile, "Luo, l'autore principale dello studio, disse.

Mentre altri metodi implicavano la preparazione meticolosa di lastre di rame personalizzate in un processo costoso, Il gruppo di Johnson ha utilizzato un foglio di rame disponibile in commercio nel loro esperimento.

“Potresti praticamente comprarlo dal negozio di ferramenta, "Ha detto Johnson.

Altri metodi realizzano costosi fogli di rame personalizzati nel tentativo di renderli il più lisci possibile; i difetti della superficie fanno sì che il grafene si accumuli in modi imprevedibili. Anziché, Il gruppo di Johnson ha "elettrolucidato" la lamina di rame, una tecnica industriale comune utilizzata nella finitura dell'argenteria e degli strumenti chirurgici. Il foglio lucidato era abbastanza liscio da produrre grafene a strato singolo oltre il 95% della sua superficie.

Lavorare con materiali e processi chimici disponibili in commercio che sono già ampiamente utilizzati nella produzione potrebbe abbassare il livello delle applicazioni commerciali.

“Il sistema produttivo complessivo è più semplice, meno caro, e più flessibile” ha detto Luo.

La semplificazione più importante potrebbe essere la capacità di creare grafene a pressioni ambientali, in quanto richiederebbe alcuni passaggi potenzialmente costosi dalle future linee di assemblaggio del grafene.

“Se hai bisogno di lavorare in alto vuoto, devi preoccuparti di farlo entrare e uscire da una camera a vuoto senza perdite, "Ha detto Johnson. “Se lavori a pressione atmosferica, puoi immaginare di elettrolucidare il rame, depositando il grafene su di esso e poi spostandolo lungo un nastro trasportatore verso un altro processo in fabbrica”.