Che tu lo chiami effervescente, frizzante, o frizzante, l'acqua gassata sta tornando di moda come bevanda. Oltre a placare la sete, i ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign hanno scoperto un nuovo uso per questi intrugli "spumanti" che avranno un impatto importante sul produttore del più sottile, il più piatto, e uno dei materiali più utili:il grafene.

Man mano che la popolarità del grafene cresce come materiale "meraviglioso" avanzato, la velocità e la qualità con cui può essere prodotta saranno di primaria importanza. Con quello in mente, il gruppo di ricerca di SungWoo Nam, assistente professore di scienze meccaniche e ingegneria all'Illinois, ha sviluppato un metodo più pulito e più rispettoso dell'ambiente per isolare il grafene utilizzando l'anidride carbonica (CO2) sotto forma di acido carbonico come soluzione elettrolitica. I risultati sono pubblicati nel più recente Journal of Materials Chemistry C .

nome, un esperto nel settore dei materiali 2D, è particolarmente interessato al grafene per il suo utilizzo in sensori o dispositivi flessibili, ad esempio, una toppa indossabile che, se applicato direttamente sulla pelle, è così sottile e trasparente, non si nota. Nam ha attualmente progetti con l'industria per la realizzazione di sensori indossabili al grafene.

Il grafene viene sintetizzato mediante deposizione chimica da vapore su un substrato metallico, tipicamente lamina di rame. Un aspetto particolarmente complicato della produzione di grafene è come separare questo materiale atomicamente sottile dal suo substrato metallico nativo per l'integrazione in dispositivi utili. Ciò comporta in genere la dissoluzione del metallo di elevata purezza o la delaminazione dal substrato, il che richiede l'uso di sostanze chimiche aggressive che lasciano residui ostinati. Il grafene ultrasottile deve anche essere rivestito con uno strato di supporto polimerico come policarbonato o PMMA (polimetilmetacrilato), che richiede l'uso di solventi spesso tossici e cancerogeni.

"Nel nostro caso, stiamo usando un polimero derivato dalla biomassa, etilcellulosa, per il rivestimento, " ha detto Michael Cai Wang, Studente di dottorato di Nam e ricercatore capo del progetto. "Un polimero comune ed economico spesso usato come additivo alimentare, l'etilcellulosa viene solvatata in solo etanolo. Questo non solo rende il nostro processo di trasferimento del grafene più rispettoso dell'ambiente, ora è anche compatibile con una varietà di materiali biologici polimerici e morbidi come le comuni plastiche e gli idrogel che altrimenti non tollererebbero i solventi aggressivi".

"Dopo aver trasferito il grafene, l'acido carbonico evapora semplicemente come anidride carbonica e acqua, che non necessita di ulteriore risciacquo, " Nam ha osservato. "Stiamo quindi risparmiando acqua e tempo eliminando la necessità convenzionale del processo di risciacquo ripetitivo e noioso. Utilizzando elettroliti come NaOH o NaCl, Per esempio, il sodio tende a rimanere sul grafene, di cui è molto difficile sbarazzarsi completamente."

"Delaminando il grafene dalla lamina di rame usando acido carbonico, siamo anche in grado di riutilizzare più volte il substrato di crescita invece di consumarlo, realizzando significativi risparmi sui materiali e sui costi", ha affermato Wang.

"Penso che scientificamente ciò che stiamo portando alla comunità sia davvero motivare le persone a pensare a un modo più pulito per produrre il grafene, " Nam ha detto. "Stiamo cercando di migliorare i protocolli consolidati in modo che l'industria possa facilmente adottare le nostre tecniche. Poiché molti dispositivi sono contaminati da queste sostanze chimiche utilizzate in precedenza, colpisce inevitabilmente la proprietà del grafene."

"Il grafene sta appena iniziando a maturare dal laboratorio e nelle applicazioni commerciali, " ha detto Wang. "Una volta avviata la produzione su larga scala, anche la salute dei lavoratori è una considerazione importante, un altro vantaggio del nostro processo più verde".

Oltre a preparare la nostra tazza preferita di decaffeinato o un bicchiere di champagne, il gruppo spera anche che la comunità scientifica possa prendere questo come ispirazione per trovare nuovi modi per utilizzare la CO2 altrimenti fastidiosa per applicazioni pratiche. Prevedono di estendere il ciclo di vita utile del carbonio nell'ecosistema industriale deviando e mitigando la sua emissione nell'atmosfera. Mentre l'acidificazione degli oceani è una conseguenza indesiderabile della sempre crescente concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera terrestre, il team di ricerca ha preso questo come ispirazione per sfruttare questo stesso meccanismo per produrre in modo sostenibile questo nuovo materiale "meraviglioso".

Nam crede anche che questo metodo possa avere un impatto non solo sulla produzione di grafene, ma forniscono anche una tecnica ecologica e conveniente da utilizzare anche per la lavorazione di incisione e delaminazione di altri materiali.

"Se sei interessato a realizzare il miglior transistor al mondo, devi avere il più pulito, materiale più puro che puoi sintetizzare e trasferire, " ha concluso. "Qui diamo questa opportunità alla comunità. Inoltre, molte persone stanno cercando di misurare anche le proprietà intrinseche di altri materiali. Il nostro approccio li aiuterà a farlo".