Il grafene è un materiale meraviglioso carico di grandi aspettative. Scoperto nel 2004, è 1 milione di volte più sottile di un capello umano, 300 volte più resistente dell'acciaio ed è il conduttore più conosciuto di calore ed elettricità. Queste qualità potrebbero, tra l'altro, rendere i computer più veloci, batterie più potenti e pannelli solari più efficienti.

Ma il materiale è difficile da manipolare oltre la sua forma bidimensionale.

Recentemente, scienziati hanno versato sospensione di ossido di grafene, una forma gelatinosa del materiale, in stampi di congelamento per creare oggetti 3D. Il processo funziona, ma solo con strutture semplici che hanno limitate applicazioni commerciali.

Un'altra opzione è quella di utilizzare una stampante 3D. In questo scenario, gli scienziati in genere mescolano il grafene con un polimero o un altro agente addensante. Questo aiuta a evitare che la struttura cada a pezzi. Ma quando il polimero viene rimosso tramite processo termico, danneggia la delicata struttura.

Un gruppo di ricerca - composto da ingegneri dell'Università di Buffalo, La Kansas State University e l'Harbin Institute of Technology in Cina potrebbero aver risolto il problema.

Uno studio pubblicato il 10 febbraio sulla rivista Piccolo descrive come il team ha utilizzato una stampante 3D modificata e acqua ghiacciata per creare cubi a forma di reticolo e un traliccio tridimensionale con sporgenze utilizzando l'ossido di grafene. Le strutture potrebbero essere un passo importante per rendere il grafene commercialmente praticabile nell'elettronica, dispositivi medici diagnostici e altri settori.

"Il grafene è notoriamente difficile da manipolare, ma le strutture che abbiamo costruito mostrano che è possibile controllarne la forma in forme tridimensionali, " disse Chi Zhou, assistente professore di ingegneria industriale e dei sistemi presso la School of Engineering and Applied Sciences di UB, e un corrispondente autore dello studio.

Zhou è un membro del Sustainable Manufacturing and Advanced Robotic Technologies (SMART), una Community of Excellence UB lanciata nel 2015; è anche membro del New York State Center of Excellence in Materials Informatics di UB.

Nei loro esperimenti, il team di ricerca ha miscelato l'ossido di grafene con l'acqua. Hanno quindi stampato la struttura reticolare su una superficie di -25°C. Il grafene è racchiuso tra gli strati di ghiaccio congelato, che fungono da supporto strutturale.

Al termine del processo, il reticolo è immerso in azoto liquido, che aiuta a formare legami idrogeno ancora più forti. Il reticolo viene quindi posto in un liofilizzatore, dove il ghiaccio viene trasformato in gas e rimosso. Il risultato finale è un complesso, struttura tridimensionale in aerogel di grafene che mantiene la sua forma a temperatura ambiente.

"Mantenendo il grafene in un ambiente freddo, siamo stati in grado di garantire che mantenesse la forma che avevamo progettato. Questo è un passo importante per rendere il grafene un materiale commercialmente valido, " ha detto Dong Lin, assistente professore di ingegneria dei sistemi industriali e di produzione presso la Kansas State University, e l'altro autore corrispondente dello studio.

I ricercatori hanno in programma di sfruttare le loro scoperte studiando come creare strutture di aerogel formate da più materiali.