Un semplice, metodo spray economico che deposita un film di grafene può riparare i difetti di fabbricazione e produrre uno strato di grafene di alta qualità su una vasta gamma di substrati, riferiscono i ricercatori dell'Università dell'Illinois a Chicago e della Korea University.

Il loro studio è disponibile online sulla rivista Materiali funzionali avanzati .

Grafene, un meraviglioso materiale bidimensionale composto da un singolo strato di atomi di carbonio, è forte, trasparente, e un ottimo conduttore di elettricità. Ha potenziale in una vasta gamma di applicazioni, come rinforzare e conferire proprietà elettriche alla plastica; creare circuiti integrati più densi e veloci; e costruire touch screen migliori.

Sebbene i potenziali usi del grafene sembrino illimitati, non c'è stato un modo semplice per passare da applicazioni microscopiche a applicazioni su larga scala senza introdurre difetti, dice Alexander Yarin, Professore UIC di ingegneria meccanica e industriale e ricercatore co-principale dello studio.

"Normalmente, il grafene è prodotto in piccoli fiocchi, e anche questi piccoli fiocchi hanno dei difetti, " disse Yarin. Peggio ancora, quando si tenta di depositarli su un'area di grandi dimensioni, i difetti aumentano, e le proprietà utili del grafene - la sua "magia" - sono perse, Egli ha detto.

Yarin si è inizialmente dedicato alla risoluzione di come depositare i fiocchi di grafene per formare uno strato coerente senza grumi o spazi. Andò da Sam S. Yoon, professore di ingegneria meccanica presso la Korea University e co-investigatore principale dello studio.

Yoon aveva lavorato con un esclusivo sistema di deposizione a spruzzo cinetico che sfrutta l'accelerazione supersonica delle goccioline attraverso un ugello Laval. Sebbene Yoon stesse lavorando con materiali diversi, Yarin credeva che il suo metodo potesse essere usato per depositare scaglie di grafene in uno strato liscio.

Il loro sistema a spruzzo supersonico produce goccioline molto piccole di sospensione di grafene, che si disperdono uniformemente, evaporare rapidamente, e ridurre la tendenza dei fiocchi di grafene ad aggregarsi.

Ma con sorpresa dei ricercatori, i difetti inerenti ai fiocchi stessi sono scomparsi, come sottoprodotto del metodo a spruzzo. Il risultato è stato uno strato di grafene di qualità superiore, come riscontrato nell'analisi di un altro collaboratore, Suman Sinha-Ray, ricercatore senior presso United States Gypsum e professore a contratto UIC di ingegneria meccanica e industriale.

I ricercatori hanno dimostrato che l'energia dell'impatto allunga il grafene e ristruttura la disposizione dei suoi atomi di carbonio negli esagoni perfetti di grafene impeccabile.

"Immagina qualcosa come Silly Putty che colpisce un muro:si allunga e si diffonde uniformemente, " ha detto Yarin. "Questo è ciò che crediamo accada con questi fiocchi di grafene. Colpiscono con un'enorme energia cinetica, e allungare in tutte le direzioni.

"Stiamo sfruttando la plasticità del grafene:in realtà si tratta di una ristrutturazione".

Altri tentativi di produrre grafene senza difetti o di rimuovere i difetti dopo la fabbricazione si sono rivelati difficili e proibitivi, ha detto Yarin.

Il nuovo metodo di deposizione, che consente al grafene di "guarire" i suoi difetti durante l'applicazione, è semplice, poco costoso, e può essere eseguita su qualsiasi supporto senza necessità di post-trattamento, Egli ha detto.

Yarin e i suoi colleghi coreani sperano di continuare la loro proficua collaborazione e promuovere lo sviluppo di applicazioni su scala industriale del grafene.