Il grafene è 200 volte più resistente dell'acciaio e può essere fino a sei volte più leggero. Queste caratteristiche da sole lo rendono un materiale popolare nella produzione. I ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign hanno recentemente scoperto più proprietà dei fogli di grafene che possono avvantaggiare l'industria.

Dottorando Soumendu Bagchi, insieme al suo consigliere Huck Beng Chew del Dipartimento di ingegneria aerospaziale in collaborazione con Harley Johnson di Scienze e ingegneria meccanica, ha identificato come si comportano i fogli di grafene attorcigliati e la loro stabilità a diverse dimensioni e temperature.

"Ci siamo concentrati su due fogli di grafene impilati uno sopra l'altro ma con un angolo di torsione, " ha detto Bagchi. "Abbiamo fatto simulazioni atomiche a diverse temperature per diverse dimensioni di fogli di grafene. Utilizzando le intuizioni di queste simulazioni, abbiamo sviluppato un modello analitico:puoi inserire fogli di qualsiasi dimensione, qualsiasi angolo di torsione, e il modello prevederà il numero di stati stabili locali che ha e la temperatura critica richiesta per raggiungere ciascuno di quegli stati".

Bagchi ha spiegato che il grafene a doppio strato esiste in una configurazione Bernal-stacked non attorcigliata, che è anche la sequenza di impilamento ripetuta di grafite esagonale cristallina. Quando il grafene a doppio strato è attorcigliato, vuole tornare al suo stato originale perché è lo stato e il posizionamento più stabili degli atomi.

"Quando la struttura atomica contorta viene riscaldata, tende a tornare indietro, ma ci sono certi angoli magici di torsione ai quali la struttura rimane stabile al di sotto di una temperatura specifica. E, c'è anche una dipendenza dalle dimensioni. La cosa eccitante del nostro lavoro è, a seconda delle dimensioni del foglio di grafene, possiamo prevedere quanti stati stabili avrai, i magici angoli di torsione in questi stati stabili, così come l'intervallo di temperature necessarie affinché il grafene contorto passi da uno stato stabile a un altro, " Disse Bagchi.

Secondo Chew, i produttori hanno cercato di realizzare transistor al grafene, ed è noto che i doppi strati di grafene attorcigliati mostrano proprietà elettroniche interessanti. Nella produzione di questi transistor al grafene, è importante sapere quale temperatura ecciterà il materiale per ottenere una certa rotazione o risposta meccanica.

"Hanno saputo che un foglio di grafene ha determinate proprietà elettroniche, e l'aggiunta di un secondo foglio ad angolo produce nuove proprietà uniche. Ma un singolo foglio atomico non è facile da manipolare. Fondamentalmente, questo studio risponde a domande su come si comportano i fogli di grafene attorcigliati sotto carico termico, e fornisce approfondimenti sui meccanismi e sulle forze di auto-allineamento a livello atomico. Ciò potrebbe potenzialmente aprire la strada ai produttori per ottenere un controllo preciso sull'angolo di torsione delle strutture dei materiali 2D. Possono inserire direttamente i parametri nel modello per comprendere le condizioni necessarie richieste per ottenere uno specifico stato distorto".

Bagchi ha detto che nessuno ha studiato le proprietà 2-D di materiali come questo. È uno studio molto fondamentale, e uno che è iniziato come un progetto diverso, quando si è imbattuto in qualcosa di insolito.

"Ha notato che i fogli di grafene mostravano una certa dipendenza dalla temperatura, " Chew ha detto. "Ci siamo chiesti perché si comportava in questo modo, non come un materiale normale.

"In materiali normali, l'interfaccia è in genere molto forte. Con grafene, l'interfaccia è molto debole e consente ai livelli di scorrere e ruotare. L'osservazione di questa interessante dipendenza dalla temperatura non era prevista. Questa è la bellezza della scoperta nella scienza".