I ricercatori della Binghamton University hanno dimostrato un processo ecologico che consente un controllo spaziale senza precedenti sulle proprietà elettriche dell'ossido di grafene. Questo nanomateriale bidimensionale ha il potenziale per rivoluzionare l'elettronica flessibile, celle solari e strumenti biomedici.

Usando la sonda di un microscopio a forza atomica per innescare una reazione chimica locale, Jeffrey Mativetsky, assistente professore di fisica alla Binghamton University, e lo studente di dottorato Austin Faucett hanno dimostrato che le caratteristiche elettricamente conduttive di appena quattro nanometri possono essere modellate in singoli fogli di ossido di grafene. Un nanometro è circa centomila volte più piccolo della larghezza di un capello umano.

"Il nostro approccio consente di disegnare caratteristiche elettricamente conduttive su scala nanometrica in fogli isolanti atomicamente sottili con il più alto controllo spaziale riportato finora, " ha detto Mativetsky. "A differenza dei metodi standard per manipolare le proprietà dell'ossido di grafene, il nostro processo può essere implementato in condizioni ambientali ed è rispettoso dell'ambiente, rendendolo un passo promettente verso l'integrazione pratica dell'ossido di grafene nelle tecnologie future".

Premio Nobel per la Fisica 2010 per la scoperta del grafene, un atomicamente sottile, reticolo di carbonio bidimensionale con straordinaria elettricità, proprietà termiche e meccaniche. L'ossido di grafene è un materiale bidimensionale strettamente correlato con alcuni vantaggi rispetto al grafene, compresa la semplice produzione e lavorazione, e proprietà altamente modulabili. Per esempio, rimuovendo parte dell'ossigeno dall'ossido di grafene, il materiale elettricamente isolante può essere reso conduttivo, aprendo prospettive per l'uso nell'elettronica flessibile, sensori, celle solari e dispositivi biomedici.

Lo studio fornisce nuove informazioni sui limiti e sui meccanismi di risoluzione spaziale per un processo relativamente nuovo per modellare regioni conduttive nell'ossido di grafene isolante. La dimensione minima della caratteristica conduttiva di quattro nanometri è la più piccola raggiunta finora con qualsiasi metodo per questo materiale. Mativetsky ha affermato che questo approccio è promettente per la prototipazione su scala di laboratorio di modelli conduttivi su nanoscala nell'ossido di grafene. "C'è un notevole interesse nel definire regioni con diverse funzionalità, e scrivere circuiti in materiali bidimensionali. Il nostro approccio fornisce un modo per modellare direttamente le regioni elettricamente conduttive e isolanti nell'ossido di grafene con un'elevata risoluzione spaziale, " disse Mativeckij.

Questa ricerca non solo consente lo studio fondamentale delle proprietà fisiche su scala nanometrica dell'ossido di grafene, ma apre anche nuove strade per incorporare l'ossido di grafene nelle tecnologie future. Poiché il processo sviluppato da Mativetsky evita l'uso di sostanze chimiche nocive, alte temperature o atmosfere di gas inerte, il suo lavoro rappresenta un passo promettente verso la produzione rispettosa dell'ambiente con l'ossido di grafene. "All'inizio, questo sarà principalmente utile per studiare proprietà fondamentali e dispositivi su scala di laboratorio, " disse Mativetsky. "Alla fine, questo lavoro può aiutare a portare all'integrazione pratica dell'ossido di grafene nell'elettronica a basso costo e flessibile, celle solari, e sensori."

Lo studio, "Riduzione su scala nanometrica dell'ossido di grafene in condizioni ambientali, " apparso per la prima volta nella versione online della rivista internazionale Carbonio l'8 settembre e sarà pubblicato in formato cartaceo nel numero di dicembre. Mativetsky ha recentemente ricevuto una sovvenzione di tre anni dalla National Science Foundation per studiare ulteriormente il suo approccio alla personalizzazione della struttura e delle proprietà dell'ossido di grafene.