Grafene, come i modelli dicarta, è forte ma flessibile, e possono essere allungati o tirati con forze comparabili aquelle esercitate dalle proteine motorie. Attestazione: Joe Wilensky/Cornell Cronaca
L'arte del kirigami consiste nel tagliare la carta in intricati disegni, come fiocchi di neve. I fisici di Cornell sono artisti di kirigami, pure, ma la loro carta è spessa solo un atomo, e potrebbe diventare una delle macchine più piccole che il mondo abbia mai conosciuto.
Una collaborazione di ricerca guidata da Paul McEuen, il John A. Newman Professor of Physical Science e direttore del Kavli Institute at Cornell for Nanoscale Science (KIC), sta portando il kirigami su scala nanometrica. Il loro modello è il grafene, fogli dello spessore di un atomo di carbonio legato esagonale, famoso per essere ultra sottile, ultra forte e un perfetto conduttore di elettroni. Nel diario Natura 29 luglio dimostrano l'applicazione del kirigami su fogli di grafene da 10 micron (un capello umano ha uno spessore di circa 70 micron), che possono tagliare, piega, torcere e piegare, proprio come la carta.
Il grafene e altri materiali sottili sono estremamente appiccicosi a quella scala, così i ricercatori hanno usato un vecchio trucco per renderlo più facile da manipolare:lo hanno sospeso in acqua e hanno aggiunto tensioattivi per renderlo scivoloso, come acqua saponata. Hanno anche realizzato "maniglie" con linguette dorate in modo da poter afferrare le estremità delle forme di grafene. Co-autore Arthur Barnard, anche uno studente laureato in fisica Cornell, capito come manipolare il grafene in questo modo.
Il primo autore dello studio, Melina Blees, un ex studente laureato in fisica e ora ricercatore post-dottorato presso l'Università di Chicago, ha detto di aver ricevuto "un'accoglienza entusiasta" dal Dipartimento di Arte, dove i ricercatori hanno trascorso del tempo in biblioteca studiando disegni di carta e tessuto e immaginando modi per tradurli in grafene.
Hanno preso in prestito un laser cutter dal College of Architecture, Negozio di arte e progettazione, creazione di modelli di carta dei loro disegni, prima di fare un'escursione al Cornell NanoScale Science and Technology Facility per fabbricarli con il grafene.
"È stata davvero una vera esplorazione, ritagliare cose dalla carta e giocarci, cercando di immaginare come un "mobile kirigami sospeso per bambini" potrebbe diventare una molla su scala nanometrica per misurare le forze o interagire con le cellule, " ha detto Blees.
Con un foglio di grafene, Per esempio, hanno fatto una morbida primavera, che funziona proprio come un transistor molto flessibile. Le forze necessarie per piegare una tale molla sarebbero paragonabili alle forze che una proteina motoria potrebbe esercitare, ha detto McEuen. Entrando nel regno delle forze biologiche, gli esperimenti aprono un nuovo parco giochi di idee per flessibili, dispositivi su scala nanometrica che potrebbero essere posizionati intorno alle cellule umane o nel cervello per il rilevamento.
Un modello dicartadi un kirigami fuori piano primavera. Attestazione: McEuen lab
I ricercatori hanno anche dimostrato come il grafene si piega bene in un semplice design a cerniera, quantificare le forze necessarie. Apertura e chiusura della cerniera 10, 000 volte, hanno scoperto che rimane perfettamente intatto ed elastico, una qualità potenzialmente utile per macchine e dispositivi pieghevoli di quella scala.
Basandosi sui principi della carta, un team di ricerca correlato alla Cornell ha appena ricevuto un finanziamento dal Dipartimento della Difesa per continuare a sviluppare tecnologie su materiali flessibili come il grafene, utilizzando alcuni dei principi kirigami dimostrati.
Il lavoro, che comprendeva anche David Muller, professore di fisica applicata e ingegneristica e condirettore di KIC, è stato sostenuto dal Cornell Center for Materials Research, che è finanziato dalla National Science Foundation; l'Ufficio Ricerche Navali; e il Kavli Institute di Cornell per la scienza su nanoscala.
