Silicio:il lucido, il metallo fragile comunemente usato per produrre semiconduttori è un ingrediente essenziale dell'elettronica moderna. Ma poiché i dispositivi elettronici sono diventati sempre più piccoli, creare minuscoli componenti in silicio che si adattano al loro interno è diventato più impegnativo e più costoso.

Ora, I chimici dell'UCLA hanno sviluppato un nuovo metodo per produrre nanonastri di grafene, strutture di nuova generazione che, secondo molti scienziati, un giorno alimenteranno i dispositivi elettronici.

Questa ricerca è pubblicata online nella Giornale della Società Chimica Americana .

I nanonastri sono strisce estremamente strette di grafene, la larghezza di pochi atomi di carbonio. Sono utili perché possiedono un bandgap, il che significa che gli elettroni devono essere "spinti" per fluire attraverso di loro per creare corrente elettrica, ha detto Yves Rubin, un professore di chimica presso l'UCLA College e l'autore principale della ricerca.

"Un materiale che non ha bandgap lascia che gli elettroni fluiscano senza ostacoli e non può essere utilizzato per costruire circuiti logici, " Egli ha detto.

Rubin e il suo team di ricerca hanno costruito nanonastri di grafene molecola per molecola utilizzando una semplice reazione basata sulla luce ultravioletta e l'esposizione a un calore di 600 gradi.

"Nessun altro è stato in grado di farlo, ma sarà importante se si vogliono costruire queste molecole su scala industriale, " disse Rubino, che è anche membro del California NanoSystems Institute presso l'UCLA.

Il processo migliora altri metodi esistenti per la creazione di nanonastri di grafene, uno dei quali prevede il taglio di tubi aperti di grafene noti come nanotubi di carbonio. Questo particolare approccio è impreciso e produce nastri di dimensioni incoerenti, un problema perché il valore del bandgap di un nanonastro dipende dalla sua larghezza, ha detto Rubino.

Per creare i nanonastri, gli scienziati hanno iniziato coltivando cristalli di quattro diverse molecole incolori. I cristalli hanno bloccato le molecole nell'orientamento perfetto per reagire, e il team ha poi usato la luce per cucire le molecole in polimeri, che sono grandi strutture fatte di unità ripetute di atomi di carbonio e idrogeno.

Gli scienziati hanno quindi posizionato il lucido, polimeri blu intenso in un forno contenente solo gas argon e li ha riscaldati a 600 gradi Celsius. Il calore ha fornito la necessaria spinta di energia ai polimeri per formare i legami finali che hanno dato ai nanonastri la loro forma finale:anelli esagonali composti da atomi di carbonio, e atomi di idrogeno lungo i bordi dei nastri.

"Stiamo essenzialmente carbonizzando i polimeri, ma lo stiamo facendo in modo controllato, " ha detto Rubino.

Il processo, che durò circa un'ora, ha prodotto nanonastri di grafene larghi appena otto atomi di carbonio ma lunghi migliaia di atomi. Gli scienziati hanno verificato la struttura molecolare dei nanonastri, che erano di colore nero intenso e lucenti, illuminandoli con luce di diverse lunghezze d'onda.

"Abbiamo esaminato quali lunghezze d'onda della luce sono state assorbite, " ha detto Rubin. "Questo rivela le firme della struttura e della composizione dei nastri".

I ricercatori hanno depositato una domanda di brevetto per il processo.

Rubin ha detto che il team ora sta studiando come manipolare meglio i nanonastri, una sfida perché tendono a restare uniti.

"Proprio adesso, sono fasci di fibre, " ha detto Rubin. "Il prossimo passo sarà in grado di gestire ogni nanonastro uno per uno".