I fisici dell'Università di Umea hanno trovato un modo efficiente per sintetizzare nanonastri di grafene direttamente all'interno di nanotubi di carbonio a parete singola. Il risultato è stato recentemente pubblicato sulla rivista scientifica Nano Letters.

Grafene, un fiocco sottile di un atomo di semplice carbonio, ha una vasta gamma di proprietà insolite e molto interessanti. Come conduttore di elettricità si comporta come il rame. Come conduttore di calore supera tutti gli altri materiali conosciuti. Ci sono possibilità di ottenere forti variazioni delle proprietà del grafene realizzando grafene sotto forma di cinture di varie larghezze, cosiddetti nanonastri. Questi nanonastri sono ora il vero centro dell'attenzione in fisica e un materiale estremamente promettente per l'elettronica, celle solari e molte altre cose. Però, non è stato facile realizzare nastri del genere.

Professore associato Alexandr Talyzin e il suo gruppo di ricerca presso il Dipartimento di Fisica, Università di Umea, insieme ai colleghi del gruppo del professor Esko Kauppinen, Università Aalto in Finlandia, scoperto un modo per utilizzare lo spazio vuoto all'interno dei nanotubi di carbonio come reattore chimico unidimensionale per produrre grafene incapsulato. Una proprietà intrigante di questo spazio è che le reazioni chimiche si verificano in modo diverso qui rispetto alle condizioni tridimensionali di massa.

"Abbiamo usato coronene e perilene, che sono grandi molecole organiche, come elementi costitutivi per produrre nanonastri di grafene lunghi e stretti all'interno dei tubi. L'idea di utilizzare queste molecole come elementi costitutivi per la sintesi del grafene era basata sul nostro studio precedente, "dice Aleksandr Talizin.

Questo studio ha rivelato che le molecole di coronene possono reagire tra loro in determinate condizioni per formare dimeri, trimeri e molecole più lunghe sotto forma di polvere sfusa. Il risultato ha suggerito che le molecole di coronene possono essere utilizzate per la sintesi del grafene, ma devono essere in qualche modo allineate su un piano per la reazione richiesta. Lo spazio interno dei nanotubi di carbonio a parete singola sembrava essere un luogo ideale per forzare le molecole nella geometria da bordo a bordo necessaria per la reazione di polimerizzazione.

Nel nuovo studio, i ricercatori mostrano che questo è possibile. Quando i primi campioni furono osservati al microscopio elettronico da Ilya Anoshkin all'Università di Aalto, sono stati rivelati risultati entusiasmanti:tutti i nanotubi sono stati riempiti all'interno con nanonastri di grafene.

"Il successo degli esperimenti è dipeso molto anche dalla scelta dei nanotubi. I nanotubi di diametro adeguato e di alta qualità sono stati forniti dai nostri coautori dell'Università di Aalto, "dice Aleksandr Talizin.

Successivamente i ricercatori hanno scoperto che la forma dei nanonastri di grafene incapsulati può essere modificata utilizzando diversi tipi di idrocarburi aromatici. Le proprietà dei nanonastri sono molto diverse a seconda della loro forma e larghezza. Per esempio, i nanonastri possono essere metallici o semiconduttori a seconda della loro larghezza e del tipo. interessante, i nanotubi di carbonio possono anche essere metallici, semiconduttori (a seconda del loro diametro) o isolanti se modificati chimicamente.

"Questo crea un enorme potenziale per un'ampia gamma di applicazioni. In futuro possiamo preparare ibridi che combinano grafene e nanotubi in tutte le possibili combinazioni, "dice Aleksandr Talizin.

Per esempio, i nanonastri metallici all'interno dei nanotubi isolanti sono fili isolati molto sottili. Potrebbero essere utilizzati direttamente all'interno di nanotubi di carbonio per produrre luce, realizzando così nano-lampade. I nanonastri semiconduttori possono essere utilizzati per transistor o applicazioni di celle solari e la combinazione metallo-metallo è in effetti un nuovo tipo di nanocavo coassiale, cavi macroscopici di questo tipo vengono utilizzati ad es. per la trasmissione di segnali radio.

Il nuovo metodo di sintesi ibrida è molto semplice, facilmente scalabile e consente di ottenere quasi il 100% di riempimento dei tubi con nanonastri. Le simulazioni teoriche, interpretata da Arkady Krasheninnikov in Finlandia, mostrano anche che i nanonastri di grafene mantengono le loro proprietà uniche all'interno dei nanotubi mentre sono protetti dall'ambiente mediante incapsulamento e allineati all'interno di fasci di nanotubi a parete singola.

"Il nuovo materiale sembra molto promettente, ma abbiamo molto lavoro interdisciplinare davanti a noi nel campo della fisica e della chimica. Sintetizzare il materiale è solo un inizio. Ora vogliamo imparare il suo elettrico, proprietà magnetiche e chimiche e come utilizzare gli ibridi per applicazioni pratiche, "dice Aleksandr Talizin.