L'Ufficio per la Ricerca Scientifica dell'Aeronautica Militare (AFOSR), insieme ad altre agenzie di finanziamento, ha aiutato un team di ricerca della Rice University a rendere il grafene adatto a una varietà di applicazioni di chimica organica, in particolare la promessa di sensori chimici avanzati, circuiti elettronici e metamateriali su scala nanometrica.
Da quando Andre Geim e Konstantin Novoselov dell'Università di Manchester hanno ricevuto il Premio Nobel per la Fisica nel 2010 per i loro innovativi esperimenti sul grafene, c'è stata un'esplosione di scoperte relative al grafene; ma la sperimentazione del grafene era in corso da decenni e molte scoperte definitive associate al grafene erano già in corso in vari laboratori quando il comitato Nobel ha riconosciuto l'importanza di questo nuovo materiale meraviglioso.
E uno di questi laboratori era il Dr. James Tour a Rice, il cui team ha trovato un modo per attaccare varie molecole organiche a fogli di grafene, rendendolo adatto a una gamma di nuove applicazioni. A partire dal reticolo a nido d'ape su scala atomica bidimensionale del grafene di atomi di carbonio, il team di Rice si è basato sulle precedenti scoperte della comunità del grafene per trasformare la struttura a un foglio di grafene in un superreticolo.
Mentre il carbonio è una parte fondamentale nella maggior parte delle reazioni chimiche organiche, il grafene pone un problema in quanto svolge un ruolo inerte, non rispondendo alle reazioni chimiche organiche. Il team di Rice ha risolto questo dilemma trattando il grafene con l'idrogeno. Questo classico processo di idrogenazione ha ristrutturato il reticolo a nido d'ape di grafene in una struttura bidimensionale, superreticolo semiconduttore chiamato grafano.
Il processo di idrogenazione può quindi essere adattato per creare modelli particolari nel superreticolo da seguire dall'attaccamento di molecole specifiche per la missione a dove si trovano quelle molecole di idrogeno. Questi catalizzatori molecolari specifici per la missione consentono la possibilità di un'ampia varietà di funzionalità. Non solo possono essere usati come base per creare chimica organica a base di grafene, ma su misura per applicazioni di elettronica e ottica, nonché nuovi tipi di metamateriali per dispositivi termoelettrici altamente efficienti di nanoingegneria e sensori per vari prodotti chimici o agenti patogeni. La bellezza di questo processo è la promessa che mantiene per i dispositivi futuri con la capacità di svolgere in modo efficiente un'ampia varietà di funzioni altamente sofisticate in un piccolo dispositivo economico.
Dottor Charles Lee, il responsabile del programma AFOSR che ha finanziato questa ricerca, osserva che la chimica del grafene in generale può consentire materiali intelligenti per molte applicazioni speciali e che quest'ultimo sforzo in particolare può contribuire alle future applicazioni elettroniche e potrebbe essere un modo per arrivare a un'elettronica più veloce e che consuma meno energia.
