Uno studio pubblicato su Scienza riporta l'azione catalitica del nichel nella crescita dei fogli di grafene. La ricerca, realizzato da Iom-Cnr e Università di Trieste, fornisce nuove strategie per migliorare la produzione industriale di questo materiale caratterizzato da proprietà eccezionali

Il grafene è un materiale bidimensionale composto da un singolo strato di atomi di carbonio. È flessibile come la plastica e presenta una resistenza meccanica 100 volte superiore a quella dell'acciaio. Così, è considerato ideale per molteplici utilizzi in campo industriale e tecnologico. Però, è difficile da produrre, rendendo il suo utilizzo estremamente costoso.

Lo studio, condotto a Trieste (Italia) dall'Istituto officina dei materiali del Consiglio Nazionale delle Ricerche (Iom-Cnr) e dal Dipartimento di Fisica dell'Università di Trieste identifica il meccanismo di crescita del grafene sulla superficie del nichel, aprendo nuove possibilità nelle tecnologie di produzione.

"Sappiamo che i singoli atomi sono sempre presenti sulle superfici metalliche, dove possono muoversi liberamente e partecipare a molti dei processi che vi si svolgono, " spiega Cristina Africh, di Iom-Cnr. "Nel nostro studio, abbiamo mostrato che su una superficie di nichel, gli atomi metallici mobili fungono da catalizzatori, facilitando la formazione di grafene."

Il team scientifico è stato in grado di registrare questo processo in tempo reale, rivelando il comportamento dei singoli atomi di superficie mediante un modulo di scansione ad alta velocità sviluppato negli ultimi anni in collaborazione con Elettra-Sincrotrone Trieste e recentemente migliorato grazie a finanziamenti europei.

"Con un microscopio a scansione a effetto tunnel, "dice Laerte Patera, "abbiamo filmato ciò che accade al bordo del foglio di grafene durante la sua crescita, ad una temperatura di circa 450 gradi Celsius, raccogliendo fino a 60 immagini al secondo, un frame rate molto più alto di quelli utilizzati nella cinematografia o in televisione e percepiti dall'occhio umano."

"Dai video, è chiaro che il processo di crescita avviene linea per linea, come una macchina per maglieria che tesse un filo per formare un pezzo di stoffa. A livello microscopico, i singoli atomi di nichel svolgono la stessa funzione dell'ago della macchina, aggiungendo nuovi punti al bordo del tessuto in una sequenza ordinata, " spiega Giovanni Comelli dell'Università di Trieste. "Le simulazioni numeriche chiariscono tutti i dettagli dei risultati sperimentali e spiegano chiaramente il ruolo svolto dagli adatomi di nichel che, attaccandosi temporaneamente ai bordi del grafene, consentire l'inclusione di nuovi atomi di carbonio."

"Oltre al suo rilevante valore scientifico, questo risultato è di notevole interesse per le applicazioni, poiché uno dei metodi più utilizzati attualmente utilizzati per la produzione industriale di grafene fa uso di un substrato di nichel per far crescere strati di grafene caratterizzati da pochi difetti a un costo di produzione ridotto, " conclude Africh. "Comprendendo i dettagli del meccanismo di crescita, finora sconosciuto, è quindi fondamentale definire una strategia per lo sviluppo di nuovi e più efficienti processi di produzione del grafene a livello industriale."