I ricercatori della Northwestern University hanno sviluppato un nuovo metodo per alterare chimicamente il grafene, uno sviluppo che potrebbe essere un passo verso la creazione di una più veloce, più sottile, elettronica flessibile.

Molto desiderato per i suoi numerosi attributi promettenti, il grafene è spesso un atomo, reticolo di atomi di carbonio a forma di nido d'ape con eccezionale resistenza e conduttività. Tra le molte possibili applicazioni del grafene c'è l'elettronica:molti esperti ritengono che potrebbe competere con il silicio, trasformando circuiti integrati e portando a computer ultraveloci, cellulari e relativi dispositivi elettronici portatili.

Ma prima, i ricercatori devono imparare a mettere a punto le proprietà elettroniche del grafene, un'impresa non facile, data una grande sfida intrinseca al materiale. A differenza dei semiconduttori come il silicio, il grafene puro è un materiale a banda proibita zero, rendendo difficile "spegnere" elettricamente il flusso di corrente attraverso di esso. Perciò, il grafene incontaminato non è appropriato per i circuiti digitali che comprendono la stragrande maggioranza dei circuiti integrati.

Per superare questo problema e rendere più funzionale il grafene, ricercatori di tutto il mondo stanno studiando metodi per alterare chimicamente il materiale. La strategia più diffusa è il "metodo Hummers, " un processo sviluppato negli anni '40 che ossida il grafene, ma quel metodo si basa su acidi aggressivi che danneggiano irreversibilmente il tessuto del reticolo di grafene.

I ricercatori della McCormick School of Engineering and Applied Science della Northwestern hanno recentemente sviluppato un nuovo metodo per ossidare il grafene senza i danni collaterali riscontrati nel metodo Hummers. Anche il loro processo di ossidazione è reversibile, che consente un'ulteriore sintonizzazione sulle proprietà risultanti del loro grafene chimicamente modificato.

La carta, "Ossidazione chimicamente omogenea e termicamente reversibile del grafene epitassiale, " sarà pubblicato il 19 febbraio sulla rivista Chimica della natura .

"Eseguire reazioni chimiche sul grafene è molto difficile, " ha detto Mark C. Hersam, professore di scienza e ingegneria dei materiali alla McCormick School. "Tipicamente, i ricercatori utilizzano condizioni acide aggressive, come quelli utilizzati nel metodo Hummers, che danneggiano il reticolo e danno luogo a un materiale difficile da controllare.

"Nel nostro metodo, però, l'ossido di grafene risultante è chimicamente omogeneo e reversibile, portando a proprietà ben controllate che possono essere probabilmente sfruttate in applicazioni ad alte prestazioni, " disse Hersam, che è anche professore di chimica e di medicina.

Per creare l'ossido di grafene, i ricercatori hanno fatto trapelare ossigeno gassoso (O2) in una camera a vuoto ultraelevato. Dentro, un filamento di tungsteno caldo è stato riscaldato a 1500 gradi Celsius, provocando la dissociazione delle molecole di ossigeno in ossigeno atomico. Gli atomi di ossigeno altamente reattivi vengono quindi inseriti uniformemente nel reticolo di grafene.

Il materiale risultante possiede un alto grado di omogeneità chimica. Le misurazioni spettroscopiche mostrano che le proprietà elettroniche del grafene variano in funzione della copertura di ossigeno, suggerendo che questo approccio può ottimizzare le proprietà dei dispositivi a base di grafene. "Non è chiaro se questo lavoro avrà un impatto sulle applicazioni del mondo reale durante la notte, "Hersam ha detto. "Ma sembra essere un passo nella giusta direzione."

Prossimo, i ricercatori esploreranno altri mezzi per modificare chimicamente il grafene per sviluppare una più ampia varietà di materiali, proprio come gli scienziati hanno fatto per la plastica nel secolo scorso.

"Forse l'ossigeno non basta, " disse Hersam. "Attraverso la modificazione chimica, la comunità scientifica ha sviluppato un'ampia gamma di polimeri, dalle plastiche dure al nylon. Speriamo di realizzare lo stesso grado di accordabilità per il grafene".