Da quando l'isolamento del grafene è stato raggiunto per la prima volta nel 2004, c'è stata un'esplosione nella ricerca e nello sviluppo relativi al grafene, con centinaia di opportunisti commerciali che producono grafene per capitalizzare su questo settore in rapida espansione. Però, un nuovo studio condotto da ricercatori della National University of Singapore (NUS) ha scoperto un problema importante:la mancanza di standard di produzione ha portato a molti casi di grafene di scarsa qualità da parte dei fornitori. Tali pratiche possono ostacolare il progresso della ricerca che dipende fondamentalmente dall'uso di grafene di alta qualità.

"È allarmante scoprire che i produttori stanno etichettando le polveri nere come grafene e le vendono per il dollaro più alto, mentre in realtà, contengono grafite per lo più a buon mercato. C'è una forte necessità di stabilire standard rigorosi per la caratterizzazione e la produzione del grafene per creare un mercato del grafene sano e affidabile in tutto il mondo, " ha detto il professor Antonio Castro Neto, Direttore del Centro NUS per i materiali 2-D avanzati, che ha condotto lo studio.

I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Materiale avanzato il 13 settembre 2018.

Come distinguere un fiocco di grafene da un falso di grafene

Il grafene è stato indicato come il materiale miracoloso del futuro grazie alle sue straordinarie proprietà. Nonostante sia il materiale più sottile sulla Terra, è 200 volte più resistente dell'acciaio. Con un solo atomo di spessore, è anche un incredibile conduttore elettrico, ma resta leggero, flessibile, ed è trasparente. Perciò, il grafene sta trovando potenziali applicazioni in tutto, dai transistor ai dispositivi biomedici, ed è stato persino proposto come materiale per costruire un ascensore per lo spazio.

Il grafene è tipicamente prodotto dall'esfoliazione della grafite, che si trova nelle comuni mine di matita, in polvere, immergendo questa polvere in un liquido, e quindi separare i più piccoli fiocchi di grafene utilizzando l'energia sonora per far vibrare la miscela. Lo scopo di questa sintesi è produrre il grafene più sottile possibile. Il grafene puro sarebbe spesso solo uno strato atomico, tuttavia l'Organizzazione internazionale per la standardizzazione (ISO) afferma che pile di scaglie di grafene spesse fino a dieci strati possono ancora comportarsi come grafene.

Con questo in testa, Il professor Castro Neto e il suo team hanno deciso di sviluppare un metodo sistematico e affidabile per stabilire la qualità dei campioni di grafene provenienti da tutto il mondo. Sono stati in grado di raggiungere questo obiettivo utilizzando un'ampia gamma di tecniche analitiche e campioni testati di molti fornitori.

Dopo aver analizzato i campioni di oltre 60 diversi fornitori delle Americhe, Asia ed Europa, il team del NUS ha scoperto che la maggior parte conteneva meno del 10% di quelli che possono essere considerati fiocchi di grafene. La maggior parte dei campioni era polvere di grafite che non era stata esfoliata correttamente.

"Non è chiaro se i produttori del grafene contraffatto siano consapevoli della scarsa qualità. Indipendentemente da ciò, la mancanza di standard per la produzione di grafene dà luogo a una cattiva qualità del materiale venduto sul mercato aperto. Questo ha bloccato lo sviluppo delle future applicazioni, " ha elaborato il prof Castro Neto.

La polvere di grafite e il grafene hanno proprietà molto diverse, quindi qualsiasi ricerca condotta con il pretesto che il campione fosse puro grafene darebbe risultati imprecisi. Inoltre, solo uno dei campioni testati nello studio conteneva più del 40% di grafene di alta qualità. Inoltre, alcuni campioni sono stati addirittura contaminati con altre sostanze chimiche utilizzate nel processo di produzione. Questi risultati significano che i ricercatori potrebbero sprecare tempo prezioso e denaro eseguendo esperimenti su un prodotto falsamente pubblicizzato.

"Questo è il primo studio in assoluto ad analizzare statisticamente la produzione mondiale di fiocchi di grafene. Considerando le importanti sfide legate alla salute, clima, e sostenibilità che il grafene può essere in grado di risolvere, è fondamentale che la ricerca non sia ostacolata in questo modo, " ha spiegato il prof Castro Neto.

Superare la barriera all'innovazione del grafene

Con questa scoperta, e lo sviluppo di una procedura di prova affidabile, i campioni di grafene possono ora essere mantenuti a uno standard più elevato.

"Speriamo che i nostri risultati accelereranno il processo di standardizzazione del grafene all'interno dell'ISO poiché il mercato ne ha un'enorme necessità. Ciò esorterà i produttori di grafene di tutto il mondo a migliorare i loro metodi per produrre un migliore, prodotto adeguatamente caratterizzato che potrebbe aiutare a sviluppare applicazioni del mondo reale, " ha detto il prof Castro Neto.

Inoltre, testare il grafene in un modo universale e standardizzato potrebbe garantire facili confronti quantitativi tra i dati prodotti da diversi laboratori e utenti in tutto il mondo.