Quando guardi un regalo incartato, le proprietà di base della carta da imballaggio, ad esempio i suoi colori e la sua consistenza non sono generalmente cambiati dalla natura del dono all'interno.
Ma nuovi sorprendenti esperimenti condotti al MIT mostrano che un materiale dello spessore di un atomo chiamato grafene, una forma di carbonio puro i cui atomi sono uniti in un reticolo simile a un filo di pollo, si comporta in modo abbastanza diverso a seconda della natura del materiale attorno al quale è avvolto. Quando fogli di grafene vengono posti su substrati di materiali diversi, proprietà fondamentali - come il modo in cui il grafene conduce l'elettricità e come interagisce chimicamente con altri materiali - possono essere drasticamente diverse, a seconda della natura del materiale sottostante.
"Siamo rimasti piuttosto sorpresi" di scoprire questo comportamento alterato, dice Michele Strano, il Charles e Hilda Roddey Professore di Ingegneria Chimica al MIT, chi è l'autore senior di un articolo pubblicato questa settimana sulla rivista Chimica della natura . "Ci aspettavamo che si comportasse come la grafite", una forma ben nota di carbonio, usato per fare la mina nelle matite, la cui struttura è essenzialmente costituita da più strati di grafene impilati uno sopra l'altro.
Ma il suo comportamento si è rivelato molto diverso. “Il grafene è molto strano, ” dice Strano. A causa della sua estrema magrezza, in pratica il grafene è quasi sempre posto sopra qualche altro materiale di supporto. Quando quel materiale sottostante è biossido di silicio, un materiale standard utilizzato in elettronica, il grafene può facilmente diventare "funzionalizzato" se esposto a determinate sostanze chimiche. Ma quando il grafene si siede sul nitruro di boro, difficilmente reagisce alle stesse sostanze chimiche.
“È molto controintuitivo, ” dice Strano. “Puoi disattivare e attivare la capacità del grafene di formare legami chimici, in base a cosa c'è sotto”.
La ragione, si scopre, è che il materiale è così sottile che il modo in cui reagisce è fortemente influenzato dai campi elettrici degli atomi nel materiale sottostante. Ciò significa che è possibile realizzare dispositivi con un substrato microfantasia — costituito da alcune regioni di biossido di silicio e altre rivestite di nitruro di boro — ricoperto da uno strato di grafene il cui comportamento chimico varierà poi in base alla struttura nascosta. Ciò potrebbe consentire, Per esempio, la produzione di microarray di sensori per rilevare tracce di materiali biologici o chimici.
Qing Hua Wang, un postdoc del MIT che è l'autore principale del documento, dice, "Potresti far interagire diverse molecole di un delicato marcatore biologico [con queste regioni sulla superficie del grafene] senza interrompere le biomolecole stesse".
In definitiva, il grafene potrebbe addirittura diventare un rivestimento protettivo per molti materiali, Strano dice. Per esempio, il materiale dello spessore di un atomo, quando legato al rame, elimina completamente la tendenza di quel metallo ad ossidarsi (che produce la caratteristica superficie blu-verde dei tetti in rame). “Può spegnere completamente la corrosione, "dice, "quasi come per magia... con solo il sussurro di un rivestimento."
Per spiegare perché il grafene si comporta in quel modo, "abbiamo inventato una nuova teoria del trasferimento di elettroni" che spiega il modo in cui è influenzato dal materiale sottostante, Strano dice. “Un sacco di chimici l'avevano perso, ” e di conseguenza era stato confuso da cambiamenti apparentemente imprevedibili nel modo in cui il grafene reagiva in diverse situazioni. Questa nuova comprensione può essere utilizzata anche per prevedere il comportamento del materiale su altri substrati, lui dice.
Giacomo Giro, un professore di chimica e di informatica alla Rice University che non era coinvolto in questa ricerca, dice, “Questo è il primo studio sistematico dell'effetto del substrato sulla reattività chimica del grafene. Questo è uno studio condotto con molta attenzione con risultati convincenti. Prevedo che diventerà una pubblicazione frequentemente citata”.
Wang aggiunge che "è un risultato piuttosto generale" che può essere utilizzato per prevedere il comportamento chimico di molte configurazioni diverse. “Pensiamo che altri gruppi possano prendere questa idea e sviluppare davvero cose diverse con essa, "dice lei. Il tour è d'accordo, detto, "La comunità sensibile al grafene sarà ispirata da questo lavoro per esplorare molti più substrati nel tentativo di ottimizzare la reattività del grafene".
Per quanto riguarda il team del MIT, lei dice, “il prossimo passo è, stiamo scavando nei dettagli di come reagisce il grafene a doppio strato. Sembra comportarsi diversamente” rispetto al materiale monostrato.
