Grafene, considerato il nuovo materiale più interessante in fase di studio nel mondo delle nanotecnologie, è diventato ancora più interessante, secondo un nuovo studio di un gruppo di ricercatori dell'Università del Colorado Boulder.

Le nuove scoperte - che il grafene ha qualità di adesione sorprendentemente potenti - dovrebbero aiutare a guidare lo sviluppo della produzione di grafene e di dispositivi meccanici a base di grafene come risonatori e membrane di separazione del gas, secondo il team CU-Boulder. Gli esperimenti hanno dimostrato che l'estrema flessibilità del grafene gli consente di conformarsi alla topografia anche dei substrati più lisci.

Il grafene è costituito da un singolo strato di atomi di carbonio legati chimicamente in un reticolo esagonale di filo di pollo. La sua struttura atomica unica potrebbe un giorno sostituire il silicio come base di dispositivi elettronici e circuiti integrati a causa delle sue notevoli caratteristiche elettriche, proprietà meccaniche e termiche, ha affermato l'assistente professore Scott Bunch del dipartimento di ingegneria meccanica CU-Boulder e autore principale dello studio.

Un articolo sull'argomento è stato pubblicato online nel numero del 14 agosto di Nanotecnologia della natura . I coautori dello studio includevano gli studenti laureati CU-Boulder Steven Koenig e NarasimhaBoddeti e il professor Martin Dunn del dipartimento di ingegneria meccanica.

"La vera eccitazione per me è la possibilità di creare nuove applicazioni che sfruttino la notevole flessibilità e le caratteristiche adesive del grafene e l'ideazione di esperimenti unici che possono insegnarci di più sulle proprietà su scala nanometrica di questo straordinario materiale, "Ha detto Bunch.

Non solo il grafene ha la più alta conduttività elettrica e termica tra tutti i materiali conosciuti, ma questo "materiale meraviglioso" ha dimostrato di essere il più sottile, materiale più rigido e resistente al mondo, oltre ad essere impermeabile a tutti i gas standard. Le proprietà di adesione appena scoperte possono ora essere aggiunte all'elenco delle qualità apparentemente contraddittorie del materiale, disse Bunch.

Il team CU-Boulder ha misurato l'energia di adesione dei fogli di grafene, che vanno da uno a cinque strati atomici, con un substrato di vetro, utilizzando un "blister test" pressurizzato per quantificare l'adesione tra grafene e lastre di vetro.

L'energia di adesione descrive quanto due cose siano "appiccicose" quando messe insieme. Lo scotch è un esempio di materiale con elevata adesione; la lucertola geco, che apparentemente sfida la gravità scalando pareti verticali usando l'adesione tra i suoi piedi e il muro, è un altro. Anche l'adesione può svolgere un ruolo dannoso, come nelle strutture micromeccaniche sospese in cui l'adesione può causare il guasto del dispositivo o prolungare lo sviluppo di una tecnologia, disse Bunch.

La ricerca CU, le prime misure sperimentali dirette dell'adesione di nanostrutture di grafene, hanno mostrato che le cosiddette "forze di van der Waals" - la somma delle forze attrattive o repulsive tra le molecole - fissano i campioni di grafene ai substrati e tengono insieme anche i singoli fogli di grafene in campioni multistrato.

I ricercatori hanno scoperto che le energie di adesione tra il grafene e il substrato di vetro erano diversi ordini di grandezza maggiori delle energie di adesione nelle tipiche strutture micromeccaniche, un'interazione che hanno descritto come più simile al liquido che al solido, disse Bunch.

Lo studio CU-Boulder è stato finanziato principalmente dalla National Science Foundation e dalla Defense Advanced Research Projects Agency.

L'importanza del grafene nel mondo scientifico è stata illustrata dal Premio Nobel per la fisica 2010 che ha onorato due scienziati dell'Università di Manchester in Inghilterra, Andre K. Geim e Konstantin Novoselov, per la produzione, isolare, identificare e caratterizzare il grafene.

C'è interesse nello sfruttare le incredibili proprietà meccaniche del grafene per creare membrane ultrasottili per separazioni ad alta efficienza energetica come quelle necessarie per la lavorazione del gas naturale o la purificazione dell'acqua, mentre le proprietà elettriche superiori del grafene promettono di rivoluzionare l'industria della microelettronica, disse Bunch.

In tutte queste applicazioni, compresa qualsiasi produzione di grafene su larga scala, l'interazione che il grafene ha con una superficie è di importanza fondamentale e una comprensione scientifica aiuterà a far progredire la tecnologia, Egli ha detto.