Il grafene è uno dei nuovi materiali più promettenti. Però, i ricercatori di tutto il mondo stanno ancora cercando un modo per produrre grafene privo di difetti a basso costo. I chimici della Friedrich-Alexander-Universiät Erlangen-Nürnberg (FAU) sono ora riusciti per la prima volta a produrre grafene privo di difetti direttamente dalla grafite. Hanno recentemente pubblicato i loro risultati sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

Il grafene è bidimensionale ed è costituito da un singolo strato di atomi di carbonio. È particolarmente bravo a condurre elettricità e calore, trasparente e flessibile ma forte. Le proprietà uniche del grafene lo rendono adatto all'uso in un'ampia gamma di tecnologie pionieristiche, come negli elettrodi trasparenti per display flessibili.

Però, l'industria dei semiconduttori sarà in grado di utilizzare con successo il grafene solo una volta proprietà quali la dimensione, l'area e il numero di difetti - che ne influenzano la conducibilità - possono essere migliorati durante la sintesi. Un team di ricercatori della FAU guidato dal Dr. Andreas Hirsch della Cattedra di Chimica Organica II ha recentemente compiuto un importante passo avanti in questo settore. Con l'aiuto dell'additivo benzonitrile, hanno trovato un modo per produrre grafene privo di difetti direttamente da una soluzione. Il loro metodo consente di tagliare il grafene - che è di una qualità superiore a quella mai ottenuta prima - di essere tagliato senza causare difetti e consente anche di impostare proprietà elettroniche specifiche attraverso il numero di portatori di carica. Per di più, la loro tecnica è sia a basso costo che efficiente.

Un modo comune di sintetizzare il grafene è attraverso l'esfoliazione chimica della grafite. In questo processo, gli ioni metallici sono incorporati nella grafite, che è fatto di carbonio, risultante in quello che è noto come un composto di intercalazione. I singoli strati di carbonio - il grafene - vengono separati mediante solventi. Il grafene stabilizzato deve quindi essere separato dal solvente e riossidato. Però, difetti nei singoli strati di carbonio, come l'idratazione e l'ossidazione degli atomi di carbonio nel reticolo, può verificarsi durante questo processo. I ricercatori della FAU hanno ora trovato una soluzione a questo problema. Aggiungendo il solvente benzonitrile, il grafene può essere rimosso senza che si formino gruppi funzionali aggiuntivi e rimane privo di difetti.

"Questa scoperta è una svolta per gli esperti nel campo internazionale della sintesi riduttiva del grafene, ' spiega il professor Hirsch. "Sulla base di questa scoperta possiamo aspettarci di vedere importanti progressi in termini di applicazioni di questo tipo di grafene che viene prodotto utilizzando l'esfoliazione chimica a umido. Un esempio potrebbe essere il taglio del grafene privo di difetti per la tecnologia dei semiconduttori o dei sensori.'

Benefici addizionali

Il metodo ideato dai ricercatori della FAU ha un altro vantaggio:la molecola di benzonitrile ridotta che si forma durante la reazione diventa rossa finché non entra in contatto con ossigeno o acqua. Questo cambiamento di colore consente di determinare facilmente il numero di portatori di carica nel sistema attraverso misurazioni di assorbimento. In precedenza ciò poteva essere fatto solo misurando la tensione e significa che i ricercatori di grafene e batterie ora hanno un nuovo modo di misurare lo stato di carica.