Grafene, una matrice bidimensionale di atomi di carbonio, ha mostrato grandi promesse per una varietà di applicazioni, ma per molti usi suggeriti il ​​materiale richiede trattamenti che possono essere costosi e difficili da applicare in modo prevedibile. Ora, un team di ricercatori del MIT e dell'Università della California a Berkeley ha trovato un semplice, trattamento poco costoso che può aiutare a liberare il potenziale del materiale.

Il nuovo metodo è descritto in un articolo pubblicato questa settimana sulla rivista Chimica della natura , co-autore degli studenti di dottorato del MIT Priyank Kumar e Neelkanth Bardhan, I professori del MIT Jeffrey Grossman e Angela Belcher, e altri due a Berkeley.

"Siamo stati molto interessati al grafene, ossido di grafene, e altri materiali bidimensionali per un possibile utilizzo nelle celle solari, dispositivi termoelettrici, e filtrazione dell'acqua, tra una serie di altre applicazioni, "dice Grossman, il Professore Associato Carl Richard Soderberg di Ingegneria Energetica.

Mentre il grafene puro manca di alcune proprietà chiave necessarie per i dispositivi elettronici, modificandolo attraverso l'aggiunta di atomi di ossigeno può fornire quelle proprietà, spiega Grossman. "Avere atomi di ossigeno sul grafene è così importante per così tante applicazioni, " aggiunge Kumar.

Ma i metodi attuali lasciano gli atomi di ossigeno distribuiti in modo imprevedibile sulla superficie del grafene, e comportano il trattamento con prodotti chimici aggressivi, o a temperature comprese tra 700 e 900 gradi Celsius.

Il nuovo approccio del gruppo prevede l'esposizione del materiale a temperature relativamente basse, solo da 50 a 80 C, senza bisogno di ulteriori trattamenti chimici. "È un approccio termico mite, "Bardan dice, "rispetto ad altri approcci che sono stati segnalati, termico o chimico. Questo offre un metodo relativamente ecologico, senza trattamenti chimici aggressivi che generano sottoprodotti dannosi." Inoltre, lui dice, il trattamento può essere facilmente applicato su larga scala, rendere più fattibili le applicazioni commerciali.

Il processo di ricottura a bassa temperatura modifica la distribuzione degli atomi di ossigeno, facendoli formare grappoli e lasciando aree di puro grafene tra di loro, senza introdurre alcun disturbo alla struttura complessiva del grafene e, soprattutto, preservando il contenuto di ossigeno.

Kumar afferma che il nuovo trattamento consente alla resistenza elettrica del materiale di diminuire di quattro o cinque ordini di grandezza, che potrebbe essere importante per l'elettronica, catalisi, e applicazioni di rilevamento. Questo è il risultato del raggruppamento di ossigeno, che rende isolanti le regioni ricche di ossigeno, ma lascia le aree di grafene puro in mezzo alla conduzione.

Inoltre, le regioni di grafene puro hanno naturalmente proprietà di "punti quantici", che potrebbero trovare impiego come emettitori di luce altamente efficienti, tra le altre applicazioni. Il trattamento inoltre migliora notevolmente la capacità del materiale di assorbire la luce visibile, dice la squadra. "Produce un miglioramento del 38% nella raccolta di fotoni, "Grossman dice, rispetto all'ossido di grafene non trattato, "che è un miglioramento significativo che potrebbe essere importante per il suo utilizzo in una serie di applicazioni, come le celle solari".

Mentre il gruppo di Grossman sta esaminando il potenziale uso del grafene nelle celle solari, dispositivi termoelettrici, combustibili solari termici, e filtri di desalinizzazione, Il gruppo di Belcher sta esplorando applicazioni biologiche, come sensori per agenti patologici nel flusso sanguigno, o sistemi di somministrazione per indirizzare farmaci insolubili in aree specifiche del corpo.

Il nuovo approccio alla lavorazione, Grossman dice, è "molto emozionante, a causa di come apre lo spazio di progettazione per queste applicazioni."

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.