Il grafene, che consiste in un singolo strato di atomi di carbonio, è il figlio poster dei nanomateriali 2D a base di carbonio. Ha molte proprietà interessanti che potrebbero essere sfruttate nell'elettronica di prossima generazione, nell'ottica, nella catalisi, nella biomedicina e in molti altri campi. Di recente, molti scienziati si sono concentrati sulla deposizione chimica da vapore (CVD) come tecnica economicamente efficiente per la produzione di superfici di grafene più grandi al posto del metodo consolidato di esfoliazione meccanica, che può produrre solo piccole isole di grafene.

Tuttavia, il grafene CVD contiene un discreto numero di strutture superficiali e difetti, tra cui rughe, bordi dei grani cristallini e contaminazione della superficie. Poiché il grafene è così sottile, anche piccole irregolarità della superficie possono influire notevolmente sulle sue proprietà, rendendo le sue relazioni superficie-proprietà un'importante area di ricerca. Sebbene gli studi su questo argomento siano stati condotti ampiamente per il grafene CVD a strato singolo, pochi si sono concentrati sul modo in cui le strutture superficiali influenzano le caratteristiche di attrito su scala nanometrica del grafene CVD multistrato.

Di recente, un team di ricercatori della Pusan ​​National University, in Corea, guidato dal professore assistente Songkil Kim, ha affrontato questa lacuna di conoscenza. "Correlare le caratteristiche della superficie con le proprietà di un materiale è davvero importante", spiega il dott. Kim, "Immagina di impilare le carte e che su queste carte c'è un'enorme sollecitazione di compressione. Ciò potrebbe causare enormi deformazioni strutturali all'interno degli strati impilati e della superficie. Allo stesso modo, i cambiamenti strutturali che si verificano nel grafene multistrato possono influenzare le sue proprietà superficiali, come il suo attrito, che è ciò su cui ci siamo concentrati". Il loro documento è stato reso disponibile online il 24 gennaio 2022 e pubblicato nel volume 584 di Applied Surface Science il 15 maggio 2022.

Il team ha utilizzato per la prima volta la punta delle dimensioni di un atomo di un microscopio a forza atomica (AFM) per graffiare la superficie del grafene multistrato CVD, eliminando eventuali residui polimerici. Quindi, hanno utilizzato l'imaging AFM, la microscopia a forza di attrito e la spettroscopia Raman per identificare e studiare varie strutture superficiali e come influenzano l'attrito su nanoscala. È interessante notare che hanno scoperto che solo lo strato più in alto di grafene era attorcigliato rispetto al resto, il che ha influenzato l'attrito su scala nanometrica dipendente dallo strato in un modo che variava in base al carico applicato.

Nel complesso, i risultati di questo studio potrebbero aprire la strada a interessanti applicazioni meccaniche per il grafene CVD. "Il grafene e materiali simili possono essere utilizzati come lubrificanti solidi", commenta il dott. Kim, "Mentre i lubrificanti liquidi come gli oli motore non sono adatti per ambienti difficili come lo spazio esterno o le regioni polari, l'eccellente robustezza e le proprietà di attrito del grafene lo rendono un'alternativa attraente e non tossica."

È interessante notare che lo sviluppo di lubrificanti ad alte prestazioni presenta vantaggi ambientali poiché la riduzione dell'attrito è essenziale per prevenire le perdite di energia nei sistemi meccanici. Un'altra potenziale applicazione per il grafene CVD multistrato è nei micro/nano-dispositivi, dove è necessario un controllo preciso dell'attrito. + Esplora ulteriormente

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