È stato scoperto un nuovo percorso per produrre il grafene che potrebbe rendere più facile il passaggio su scala industriale del materiale miracoloso del 21° secolo. Il grafene, un singolo strato strettamente legato di atomi di carbonio con una super resistenza e la capacità di condurre calore ed elettricità meglio di qualsiasi altro materiale conosciuto, ha potenziali usi industriali che includono display elettronici flessibili, calcolo ad alta velocità, pale eoliche più potenti, e celle solari più efficienti, per citarne solo alcuni in fase di sviluppo.

Nel decennio successivo a quando i premi Nobel Konstantin Novoselov e Andre Geim hanno dimostrato le notevoli proprietà elettroniche e meccaniche del grafene, i ricercatori hanno lavorato duramente per sviluppare metodi per produrre campioni incontaminati del materiale su scala con potenziale industriale. Ora, un team di scienziati della Penn State ha scoperto un percorso per produrre grafene a strato singolo che è stato trascurato per più di 150 anni.

"Ci sono molti materiali a strati simili al grafene con proprietà interessanti, ma fino ad ora non sapevamo come separare chimicamente i solidi per fare fogli singoli senza danneggiare gli strati, " ha detto Thomas E. Mallouk, Evan Pugh Professore di Chimica, Fisica, e Biochimica e Biologia Molecolare alla Penn State. In un articolo pubblicato per la prima volta online il 9 settembre sulla rivista Chimica della natura , Mallouk e colleghi della Penn State e del Research Center for Exotic Nanocarbons presso la Shinshu University, Giappone, descrivere un metodo chiamato intercalazione, in cui le molecole o gli ioni ospiti vengono inseriti tra gli strati di carbonio di grafite per separare i singoli fogli.

L'intercalazione della grafite fu raggiunta nel 1841, ma sempre con un forte agente ossidante o riducente che ha danneggiato le proprietà desiderabili del materiale. Uno dei metodi più utilizzati per intercalare la grafite mediante ossidazione è stato sviluppato nel 1999 da Nina Kovtyukhova, un ricercatore associato nel laboratorio di Mallouk.

Durante lo studio di altri materiali stratificati, Mallouk chiese a Kovtyukhova di usare il suo metodo, che richiede un forte agente ossidante e una miscela di acidi, per aprire singoli strati di nitruro di boro solido, un composto con una struttura simile alla grafite. Con loro sorpresa, è stata in grado di far aprire tutti gli strati. In successivi esperimenti di controllo, Kovtyukhova ha provato a escludere vari agenti e ha scoperto che l'agente ossidante non era necessario affinché la reazione avesse luogo.

Mallouk le ha chiesto di provare un esperimento simile senza l'agente ossidante sulla grafite, ma consapevole della vasta letteratura che afferma che l'agente ossidante era necessario, Kovtyukhova ha esitato.

"Continuavo a chiederle di provarlo e lei continuava a dire di no, " Disse Mallouk. "Finalmente, abbiamo fatto una scommessa, e per renderlo interessante le ho dato delle quote. Se la reazione non avesse funzionato le avrei dovuto 100 dollari, e se lo facesse mi dovrebbe $ 10. Ho la banconota da dieci dollari sulla mia parete con un bel post-it di Nina che si complimenta con la mia intuizione chimica".

Mallouk ritiene che i risultati di questa nuova comprensione dell'intercalazione nel nitruro di boro e nel grafene potrebbero applicarsi a molti altri materiali stratificati di interesse per i ricercatori del Penn State Center for Two-Dimensional and Layered Materials che stanno studiando quelli che vengono definiti "Materiali oltre il grafene". ." Il prossimo passo per Mallouk e colleghi sarà capire come accelerare la reazione per aumentare la produzione.