Caratteristiche elettriche dei materiali ibridi grafene-azobenzene.(a) Schema del dispositivo a due terminali. (b) Modulazione di corrente reversibile come risposta all'irradiazione del dispositivo con diverse lunghezze d'onda (cicli di UV e luce visibile). (c) Schema della struttura ibrida grafene-azobenzene quando esposto a cicli di UV e luce visibile.
Immagina un mondo in cui puoi personalizzare le proprietà del grafene per ottenere il risultato che desideri. Combinando le sue proprietà uniche con la precisione della chimica molecolare, gli scienziati della Graphene Flagship hanno mosso i primi passi per fare proprio questo. Nel loro articolo pubblicato il 7 aprile in Comunicazioni sulla natura un gruppo internazionale di scienziati Flagship mostra come sia possibile creare dispositivi a base di grafene sensibili alla luce, aprendo la strada a molte applicazioni tra cui sensori fotografici e persino memorie controllabili otticamente.
Il Graphene Flagship è un'iniziativa europea che promuove un approccio collaborativo alla ricerca con l'obiettivo di aiutare a tradurre grafene e materiali correlati dal laboratorio, attraverso l'industria e nella società. La natura multidisciplinare del lavoro pubblicato in questo articolo, condotto dal Prof. Paolo Samorì dell'Université de Strasbourg &CNRS in Francia, è stato facilitato dal Flagship e dal suo approccio collaborativo, in particolare con il Prof. Andrea Ferrari del Cambridge Graphene Centre. Come spiega il Prof. Samorì "l'eccellenza nella ricerca interdisciplinare richiede uno sforzo congiunto di una coorte di gruppi eccezionali con competenze complementari, e il progetto EC Graphene Flagship è la piattaforma ideale per far sì che ciò accada."
Il lavoro mostra come, combinando molecole in grado di modificare la propria conformazione per effetto dell'irraggiamento luminoso con polvere di grafite, si possono produrre inchiostri di grafene concentrati mediante esfoliazione in fase liquida. Questi inchiostri al grafene possono quindi essere utilizzati per realizzare dispositivi che, se esposto ai raggi UV e alla luce visibile, sono in grado di fotocommutare la corrente in modo reversibile.
Il documento dimostra l'eccitante idea di combinare il grafene con un interruttore molecolare fotocromatico. Qui i ricercatori hanno scoperto che una molecola ideale è il 4-(decilossi)azobenzene. Questo azobenzene alcossi-sostituito disponibile in commercio ha un'elevata affinità per il piano basale del grafene, ostacolando così l'impilamento tra i fiocchi. Quando esposta alla luce UV, questa molecola di azobenzene passa dall'isomero trans all'isomero cis (con l'isomero cis che è considerevolmente più ingombrante della forma trans). È importante sottolineare che ai fini degli interruttori molecolari questo processo è completamente reversibile mediante la semplice esposizione del campione alla luce bianca.
Depositando l'inchiostro ibrido grafene-azobenzene su un substrato di SiO2 modellato con elettrodi d'oro, gli autori hanno realizzato un interruttore molecolare modulato dalla luce. Poiché l'isomerizzazione da trans a cis è completamente reversibile con la semplice applicazione di luce bianca, questo interruttore molecolare è anche completamente reversibile, fattore molto importante per la creazione di memorie controllate otticamente.
"Questo documento essenzialmente fornisce un controllo remoto aggiuntivo a un dispositivo elettrico a base di grafene semplicemente mediante l'esposizione alla luce a lunghezze d'onda specifiche". afferma il Prof. Samorì "Questo è il primo passo verso lo sviluppo di materiali multicomponenti a base di grafene e il loro utilizzo per la fabbricazione di dispositivi multifunzionali - se immagini una struttura multistrato a sandwich con fogli di grafene separati da più strati ognuno dei quali integra un diverso componente molecolare funzionale.Ogni componente funzionale conferisce quindi un nuovo carattere di risposta agli stimoli al materiale che può rispondere a diversi input indipendenti come la luce, campo magnetico, stimoli elettrochimici, eccetera, portando a un nanocomposito a base di grafene multi-reattivo."
"Il Graphene Flagship ha sempre riguardato la combinazione di grafene e altri materiali per formare nuove strutture ibride, " ha detto il Prof. Ferrari, che è anche presidente del Flagship Management Panel. "Questo lavoro è un'interessante prova di principio di questo concetto e della natura interdisciplinare della Flagship Research:Chemistry, Fisica, Ingegneria, Scienze Fondamentali e Ottica, riunirsi sotto l'ombrello Flagship per sviluppare nuovi entusiasmanti concetti di dispositivi."
