Introducendo difetti nella superficie perfetta del grafene su carburo di silicio, i ricercatori dell'Università di Linköping in Svezia hanno aumentato la capacità del materiale di immagazzinare carica elettrica. Questo risultato, che è stato pubblicato sulla rivista scientifica Electrochimica Acta, aumenta la nostra conoscenza di come questo materiale ultrasottile può essere utilizzato.

Il materiale più sottile mai prodotto, grafene, è costituito da un singolo strato di atomi di carbonio. Formano una struttura a rete metallica spessa un atomo, con proprietà uniche. È circa 200 volte più resistente dell'acciaio, e altamente flessibile. è trasparente, ma gas e liquidi non possono attraversarlo. Inoltre, è un ottimo conduttore di elettricità. Ci sono molte idee su come utilizzare questo nanomateriale, e la ricerca sulle applicazioni future è intensa.

"Il grafene è affascinante, ma estremamente difficile da studiare, "dice Mikhail Vagin, ingegnere capo ricerca presso il Dipartimento di Scienze e Tecnologie e il Dipartimento di Fisica, Chimica e Biologia all'Università di Linköping.

Uno dei fattori che contribuiscono alla difficoltà di comprendere le proprietà del grafene è che si tratta di un materiale noto come "anisotropo". Ciò significa che le sue proprietà misurate sulla superficie piana dello strato di atomo di carbonio differiscono da quelle misurate ai bordi. Per di più, i tentativi di comprendere il comportamento del grafene a livello atomico sono complicati dal fatto che può essere prodotto in diversi modi. Le proprietà del grafene in piccoli fiocchi, che hanno molti bordi, differiscono per molti aspetti da quelli del grafene prodotto in fogli con un'area di circa 1 cm2.

I ricercatori che hanno condotto lo studio hanno utilizzato il grafene creato su un cristallo di carburo di silicio con un metodo sviluppato presso l'Università di Linköping. Quando il carburo di silicio viene riscaldato a 2000 °C, gli atomi di silicio sulla superficie passano alla fase vapore e rimangono solo gli atomi di carbonio. Il grafene non reagisce facilmente con l'ambiente circostante a causa dell'elevata qualità dello strato di grafene e della sua inerzia innata, mentre le applicazioni spesso si basano su un'interazione controllata tra il materiale e l'ambiente circostante, come molecole di gas. Una discussione in corso tra i ricercatori del settore è se sia possibile attivare il grafene sulla superficie piana o se sia necessario avere dei bordi. I ricercatori LiU hanno studiato cosa succede quando i difetti della superficie vengono introdotti in modo controllato, e in questo modo si è tentato di comprendere più in dettaglio come le proprietà del grafene siano legate alla sua struttura.

"Un processo elettrochimico noto come "anodizzazione" rompe lo strato di grafene in modo da creare più bordi. Abbiamo misurato le proprietà del grafene anodizzato e abbiamo scoperto che la capacità del materiale di immagazzinare elettricità era piuttosto elevata, "dice Mikhail Vagin.

È necessario più lavoro prima che la nuova conoscenza possa essere utilizzata, e per produrre lo stesso effetto su una scala più ampia. Gli scienziati hanno in programma di dare seguito alla ricerca in diversi modi.

"Il grafene su carburo di silicio può essere prodotto in aree più ampie rispetto ad altri tipi di grafene. Se possiamo modificare le proprietà del materiale in modo controllato, potrebbe essere possibile personalizzare la superficie per altre funzioni. Può essere possibile, Per esempio, creare un sensore con una propria batteria incorporata, "dice Mikael Syväjärvi, ingegnere di ricerca presso il Dipartimento di Fisica, Chimica e Biologia e coautore dell'articolo. È uno dei fondatori di un'azienda, Graphensic AB, che funziona con applicazioni commerciali di grafene su carburo di silicio.

I risultati sono scaturiti da un progetto di laurea realizzato in collaborazione tra Graphensic e ricercatori dell'Università di Linköping.