Usando l'energia del sole e del grafene applicato alla superficie del carburo di silicio cubico, ricercatori dell'Università di Linköping, Svezia, stanno lavorando per sviluppare un metodo per convertire l'acqua e l'anidride carbonica nell'energia rinnovabile del futuro. Ora hanno compiuto un passo importante verso questo obiettivo, riportando un metodo che consente di produrre grafene con più strati in un processo strettamente controllato. I ricercatori hanno anche dimostrato che il grafene agisce come un superconduttore in determinate condizioni. I loro risultati sono stati pubblicati su riviste scientifiche Carbonio e Nano lettere .

Carbonio, ossigeno e idrogeno sono i tre elementi che si ottengono scomponendo le molecole di anidride carbonica e acqua. Gli stessi elementi sono gli elementi costitutivi delle sostanze chimiche utilizzate per il carburante, come etanolo e metano. La conversione dell'anidride carbonica e dell'acqua in carburante rinnovabile potrebbe fornire un'alternativa ai combustibili fossili e contribuire a ridurre le emissioni di anidride carbonica nell'atmosfera. Jianwu Sole, docente senior presso l'Università di Linköping, sta cercando di trovare un modo per farlo.

I ricercatori dell'Università di Linköping hanno precedentemente sviluppato un metodo leader mondiale per produrre carburo di silicio cubico, che consiste di silicio e carbonio. La forma cubica ha la capacità di catturare energia dal sole e creare portatori di carica. Questo è, però, non sufficiente. Grafene, uno dei materiali più sottili mai prodotti, gioca un ruolo fondamentale nel progetto. Il materiale comprende un singolo strato di atomi di carbonio legati tra loro in un reticolo esagonale. Il grafene ha un'elevata capacità di condurre una corrente elettrica, una proprietà che sarebbe utile per la conversione dell'energia solare. Ha anche diverse proprietà uniche, e i possibili usi del grafene sono oggetto di studi approfonditi in tutto il mondo.

Negli ultimi anni, i ricercatori hanno tentato di migliorare il processo mediante il quale il grafene cresce su una superficie per controllare le proprietà del grafene. I loro recenti progressi sono descritti in un articolo sulla rivista scientifica Carbonio .

"È relativamente facile coltivare uno strato di grafene su carburo di silicio. Ma è una sfida più grande coltivare grafene uniforme su un'ampia area che consiste in diversi strati uno sopra l'altro. Ora abbiamo dimostrato che è possibile coltivare grafene uniforme che consiste in un massimo di quattro strati in modo controllato, " dice Jianwu Sun del Dipartimento di Fisica, Chimica e Biologia all'Università di Linköping.

Una delle difficoltà poste dal grafene multistrato è che la superficie diventa irregolare quando un numero diverso di strati cresce in luoghi diversi. Il bordo quando finisce uno strato ha la forma di un minuscolo, scala in nanoscala. Gli strati piatti sono desiderabili, quindi questi passaggi sono un problema, in particolare quando i passaggi si accumulano in una posizione, come una scala mal costruita in cui più gradini sono stati uniti per formare un unico grande gradino. I ricercatori hanno ora trovato un modo per rimuovere questi grandi, uniti facendo crescere il grafene a una temperatura accuratamente controllata. Per di più, i ricercatori hanno dimostrato che il loro metodo consente di controllare quanti strati conterrà il grafene. Questo è il primo passo fondamentale di un progetto di ricerca in corso il cui obiettivo è produrre carburante dall'acqua e dall'anidride carbonica.

In un articolo strettamente correlato sulla rivista Nano lettere , i ricercatori descrivono le indagini sulle proprietà elettroniche del grafene multistrato cresciuto su carburo di silicio cubico.

"Abbiamo scoperto che il grafene multistrato ha proprietà elettriche estremamente promettenti che consentono di utilizzare il materiale come superconduttore, un materiale che conduce corrente elettrica con resistenza elettrica nulla. Questa proprietà speciale sorge esclusivamente quando gli strati di grafene sono disposti in modo speciale l'uno rispetto all'altro, " dice Jianwu Sun.

I calcoli teorici avevano previsto che il grafene multistrato avrebbe proprietà superconduttive, purché gli strati siano disposti in un modo particolare. Nel nuovo studio, i ricercatori dimostrano sperimentalmente per la prima volta che è così. I magneti superconduttori sono magneti estremamente potenti utilizzati nelle fotocamere mediche a risonanza magnetica e negli acceleratori di particelle. Ci sono molte potenziali aree di applicazione per i superconduttori, come linee di alimentazione elettrica a zero perdite di energia, e treni ad alta velocità che galleggiano su un campo magnetico. Il loro utilizzo è attualmente limitato dall'impossibilità di produrre superconduttori che funzionino a temperatura ambiente. I superconduttori attualmente disponibili funzionano solo a temperature estremamente basse.