(Phys.org)—La facoltà di ingegneria e gli studenti dell'Università del Colorado Boulder hanno prodotto i primi risultati sperimentali che mostrano che membrane di grafene atomicamente sottili con piccoli pori possono separare efficacemente ed efficientemente le molecole di gas attraverso un setaccio selettivo per dimensione.

I risultati sono un passo significativo verso la realizzazione di membrane più efficienti dal punto di vista energetico per la produzione di gas naturale e per ridurre le emissioni di anidride carbonica dai tubi di scarico delle centrali elettriche.

I professori di ingegneria meccanica Scott Bunch e John Pellegrino sono co-autore di un articolo in Nanotecnologia della natura con gli studenti laureati Steven Koenig e Luda Wang che descrivono in dettaglio gli esperimenti. Il documento è stato pubblicato il 7 ottobre nell'edizione online della rivista.

Il team di ricerca ha introdotto pori su scala nanometrica in fogli di grafene attraverso l'incisione ossidativa indotta dalla luce ultravioletta, " e poi ha misurato la permeabilità di vari gas attraverso le membrane porose di grafene.  Gli esperimenti sono stati condotti con una gamma di gas tra cui idrogeno, diossido di carbonio, argon, azoto, metano ed esafluoruro di zolfo, che variano in dimensioni da 0,29 a 0,49 nanometri, per dimostrare il potenziale di separazione in base alla dimensione molecolare. Un nanometro è un miliardesimo di metro.

"Questi atomicamente sottili, le membrane porose in grafene rappresentano una nuova classe di setacci molecolari ideali, dove il trasporto del gas avviene attraverso pori che hanno spessore e diametro su scala atomica, " ha detto Bunch.

Grafene, un singolo strato di grafite, rappresenta il primo vero cristallo atomico bidimensionale. È costituito da un singolo strato di atomi di carbonio legati chimicamente in un reticolo esagonale a "filo di pollo", una struttura atomica unica che gli conferisce un notevole potere elettrico, proprietà meccaniche e termiche.

"Le proprietà meccaniche di questo meraviglioso materiale affascinano maggiormente il nostro gruppo, " Bunch ha detto. "È il materiale più sottile e resistente al mondo, oltre ad essere impermeabile a tutti i gas standard."

Queste caratteristiche rendono il grafene un materiale ideale per creare una membrana di separazione perché è durevole e tuttavia non richiede molta energia per spingere le molecole attraverso di essa, Egli ha detto.

Altre sfide tecniche dovranno essere superate prima che la tecnologia possa essere pienamente realizzata. Per esempio, creare fogli di grafene sufficientemente grandi per eseguire separazioni su scala industriale, e lo sviluppo di un processo per la produzione di nanopori definiti con precisione delle dimensioni richieste sono aree che necessitano di ulteriore sviluppo. Gli esperimenti CU-Boulder sono stati condotti su scala relativamente piccola.

L'importanza del grafene nel mondo scientifico è stata illustrata dal Premio Nobel per la fisica 2010 che ha onorato due scienziati dell'Università di Manchester in Inghilterra, Andre K. Geim e Konstantin Novoselov, per la produzione, isolare, identificare e caratterizzare il grafene. Gli scienziati vedono una miriade di potenziale per il grafene man mano che la ricerca progredisce, dalla realizzazione di schermi e circuiti elettrici nuovi e migliori alla produzione di minuscoli dispositivi biomedici.