Mescolando un po' di ghiaccio secco e un semplice processo industriale a basso costo si producono nanofogli di grafene di alta qualità, ricercatori in Corea del Sud e rapporto della Case Western Reserve University.

Grafene, che è fatto di grafite, le stesse cose di "piombo" nelle matite, è stato salutato come il materiale sintetico più importante in un secolo. Le lastre conducono l'elettricità meglio del rame, riscalda meglio di qualsiasi materiale conosciuto, sono più duri dei diamanti ma si allungano.

Scienziati di tutto il mondo ipotizzano che il grafene rivoluzionerà l'informatica, elettronica e medicina, ma l'impossibilità di produrre fogli in serie ne ha bloccato l'uso diffuso.

Una descrizione della nuova ricerca sarà pubblicata la settimana del 26 marzo nella Early Edition online del Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

Jong-Beom Baek, professore e direttore della Scuola interdisciplinare di energia verde/Materiali e dispositivi avanzati, Istituto nazionale di scienza e tecnologia di Ulsan, Ulsan, Corea del Sud, guidato lo sforzo.

"Abbiamo sviluppato un low cost, modo più semplice per produrre in serie fogli di grafene migliori rispetto all'attuale, metodo ampiamente utilizzato di ossidazione acida, che richiede la noiosa applicazione di sostanze chimiche tossiche, " disse Liming Dai, professore di scienze e ingegneria macromolecolare presso la Case Western Reserve e coautore dell'articolo.

Ecco come:

I ricercatori hanno messo grafite e anidride carbonica congelata in un mulino a palle, che è un contenitore pieno di sfere di acciaio inossidabile. Il barattolo è stato girato per due giorni e la forza meccanica ha prodotto scaglie di grafite con bordi sostanzialmente aperti all'interazione chimica dell'acido carbossilico formatosi durante la macinazione.

I bordi carbossilati rendono la grafite solubile in una classe di solventi chiamati solventi protici, che includono acqua e metanolo, e un'altra classe chiamata solventi aprotici polari, che include dimetilsolfossido.

Una volta disperso in un solvente, i fiocchi si separano in fogli di grafene di cinque o meno strati.

Per verificare se il materiale funzionerebbe nella formazione diretta di oggetti stampati per applicazioni elettroniche, i campioni sono stati compressi in pellet. In un confronto, questi pellet erano 688 volte migliori nel condurre l'elettricità rispetto ai pellet prodotti dall'ossidazione acida della grafite.

Dopo aver riscaldato i pellet a 900 gradi Celsius per due ore, i bordi dei fogli derivati ​​dal mulino a palle sono stati decarbossilati, questo è, i bordi dei nanosheet si sono collegati con un forte legame idrogeno ai fogli vicini, rimanendo coeso. Il pellet di ossidazione acida compressa si è frantumato durante il riscaldamento.

Per formare pellicole di nanofogli di grafene di grandi dimensioni, una soluzione di solvente e nanofogli di grafene carbossilati ai bordi è stata colata su wafer di silicio 3,5 centimetri per 5 centimetri, e riscaldato a 900 gradi Celsius. Ancora, il calore ha decarbossilato i bordi, che poi incollato con i bordi dei pezzi vicini. I ricercatori affermano che questo processo è limitato solo dalle dimensioni del wafer. La conduttività elettrica dei film di grande area risultanti, anche ad alta trasmittanza ottica, era ancora molto superiore a quello dei loro omologhi dall'ossidazione acida.

Usando ammoniaca o anidride solforosa come sostituti del ghiaccio secco e usando diversi solventi, "puoi personalizzare i bordi per diverse applicazioni, " Baek ha detto. "Puoi personalizzare per l'elettronica, supercondensatori, catalizzatori privi di metalli per sostituire il platino nelle celle a combustibile. Puoi personalizzare i bordi da assemblare in strutture bidimensionali e tridimensionali."