I ricercatori della Wright State University hanno contribuito a spianare la strada ad applicazioni estese del grafene in tutto, dall'esplorazione dello spazio ai sensori per tutte le stagioni.

La ricerca è stata condotta da Elliott Brown, la cattedra dotata degli studiosi di ricerca dell'Ohio in fisica dei sensori, e Weidong Zhang, fisico ricercatore presso il Dipartimento di Fisica. Il loro lavoro è stato recentemente pubblicato su Comunicazioni sulla natura , una rivista scientifica che copre le scienze naturali, compresa la fisica, chimica e biologia.

Il grafene è il primo materiale bidimensionale al mondo con spessore monoatomico:un singolo strato di atomi di carbonio disposti in un reticolo esagonale (a nido d'ape). Le sue proprietà meccaniche nel piano lo rendono il materiale più resistente mai testato, eppure è molto flessibile fuori piano. Conduce in modo efficiente il calore e la corrente elettrica ed è quasi trasparente alla luce visibile.

Gli scienziati hanno teorizzato per anni il grafene, ma non è stato fino al 2004 che il materiale è stato isolato con successo, per esfoliazione dai cristalli di grafite, utilizzando lo scotch. Quel lavoro di Andre Geim e Konstantin Novoselov all'Università di Manchester ha portato loro a vincere il Premio Nobel per la fisica nel 2010.

"Ciò che ha entusiasmato le persone del grafene è stato il fatto che offriva il potenziale per mobilità di elettroni e lacune a temperatura ambiente più elevata rispetto a qualsiasi altro semiconduttore noto, " ha affermato Brown. La mobilità è un modo per caratterizzare l'accelerazione dei vettori a carica libera ed è una metrica importante per i materiali utilizzati nell'elettronica a stato solido di ogni tipo.

Film di grafene monoatomico su substrati di silicio sono stati forniti a Wright State dai collaboratori dell'Università della California-Irvine. Brown e Zhang hanno quindi effettuato misurazioni elettromagnetiche precise alle frequenze THz utilizzando la loro strumentazione unica. Hanno poi capito che i dati potevano essere spiegati bene usando un metodo comune nell'ingegneria elettrica chiamato modellazione della linea di trasmissione a microonde.

"Abbiamo capito come adattare il modello della linea di trasmissione, per descrivere l'interazione della radiazione elettromagnetica con il grafene come materiale bidimensionale, " ha detto Brown. "Questa ricerca aiuterà a spostare il grafene dall'arena della fisica in un regime di applicazioni ingegneristiche. Significa che gli ingegneri elettrici che lavorano nell'industria o nei laboratori di ricerca sapranno meglio come analizzare il grafene nei circuiti ad alta frequenza e come interagisce con le radiazioni".

Brown dice che questo potrebbe aprire la strada ai progressi tecnologici in applicazioni come il raggio diretto nei sistemi radar di navigazione ad alta risoluzione attraverso il fumo e la nebbia, nonché i sistemi di imaging a onde millimetriche e THz di oggetti nascosti attraverso indumenti e contenitori di plastica.

"Molto lavoro è stato dedicato allo studio di queste applicazioni del grafene, ma è necessaria una migliore ingegneria per il loro successo, " Egli ha detto.