Il grafene è un nuovo materiale entusiasmante, che è stato caratterizzato come un "materiale meraviglioso" per le sue eccellenti proprietà. Il grafene ha ottenuto ampia attenzione nel 2010 quando il Premio Nobel per la fisica è stato assegnato ai ricercatori che lo hanno scoperto. Il grafene è spesso solo uno strato di atomo, il che lo rende il materiale più sottile al mondo. Nella sua tesi, Vesa-Matti Hiltunen ha dimostrato che il grafene potrebbe essere "forgiato" utilizzando la luce laser. Questo crea strutture tridimensionali molto rigide in grafene, che possono essere potenzialmente utilizzati per realizzare dispositivi meccanici più veloci e precisi.

Il grafene ha diverse proprietà eccellenti, come la conduttività elettrica, trasparenza e resistenza meccanica. A causa di queste proprietà, il grafene è stato concepito per essere utilizzato in varie applicazioni, nello stoccaggio di energia, sensori o tecnologie di comunicazione.

MSc Vesa-Matti Hiltunen ha studiato nel suo dottorato di ricerca. come la forma e le proprietà del grafene possono essere modificate esponendolo a impulsi laser molto brevi ma potenti. A causa degli impulsi laser, normalmente il grafene completamente bidimensionale può essere modellato in strutture tridimensionali.

"Chiamiamo questo metodo forgiatura ottica, poiché ricorda come la lamiera piatta può essere forgiata in forme tridimensionali con un martello. Le strutture realizzate mediante forgiatura ottica sono centinaia di volte superiori allo spessore del grafene, ma ancora così piccoli che si adattano facilmente, Per esempio, su un capello, " dice Vesa-Matti Hiltunen.

La luce laser irrigidisce il grafene

I dispositivi che possono essere realizzati con il grafene sono, Per esempio, diversi sensori che funzionano vibrando meccanicamente. È stata scoperta la forgiatura ottica per irrigidire il grafene in modo che non si pieghi così facilmente. Questa è un'osservazione interessante, poiché l'aumento della rigidità alla flessione aumenta anche la frequenza vibrazionale del grafene. Aumento della frequenza, a sua volta, può migliorare la velocità e la precisione dei dispositivi che ne derivano.

"Utilizzando la forgiatura ottica siamo stati in grado di creare strutture fino a 10.000 volte più rigide del grafene non modificato. Si tratta di un record per un materiale così sottile, "dice Hiltunen.

La forma è il risultato di cambiamenti di scala atomica

Durante lo studio, si è scoperto che la forgiatura ottica causa difetti reticolari al grafene, cioè la struttura del grafene si rompe.

Il grafene inizia a rompersi da punti casuali. Se il grafene viene esposto alla luce laser per un tempo sufficientemente lungo, i difetti puntiformi si trasformano in difetti di linea, o crepe. I difetti portano all'espansione locale del grafene, che provoca il rigonfiamento del grafene in forme tridimensionali.

"La ricerca ha fornito molte informazioni su come la forma del grafene e le sue proprietà possono essere alterate. Un grande punto di forza del metodo è che per modificare il grafene, non sono necessari processi complessi o trattamenti chimici. La luce laser è tutto ciò che serve, "Hiltunen riassume.