Grafene 3D a colpi di laser

Il grafene, un sottilissimo foglio bidimensionale formato da una rete esagonale di atomi di carbonio, è stato definito il “materiale delle meraviglie“. Capace di unire proprietà presenti in materiali diversi, come la leggerezza, la resistenza, la conducibilità elettrica e termica, si presta a una gamma vastissima di applicazioni, alcune già messe a punto, altre, rivoluzionarie, in arrivo. Una collaborazione tra Finlandia e Taiwan ha messo a punto un nuovo metodo per ottenere forme tridimensionali di grafene a partire da fogli in due dimensioni, passaggio fondamentale per rendere ancora più versatile questo incredibile materiale.

 

Alla caccia della terza dimensione

La sintesi e l’utilizzo di foglietti di grafene è ormai un processo diventato routine da quando, nel 2004, questo materiale è stato isolato per la prima volta. Di recente, gli sforzi dei ricercatori si sono concentrati nel controllo della sua morfologia tridimensionale. Aggiungere una dimensione ad un foglietto di grafene, infatti, è un requisito necessario per molte delle applicazioni pensate per questo materiale, come ad esempio la produzione di membrane porose per il filtraggio delle acque o la creazione di una nuova generazione di dispositivi elettronici.

Ci sono già riusciti nel 2015 i ricercatori dell’Università dell’Illinois e, all’inizio di quest’anno, anche un team di scienziati del MIT di Boston.  La tecnica, sviluppata dall’Università di Jyväskylä, in Finlandia e dal National Synchrotron Radiation Research Center di Taiwan, è tuttavia il metodo più facile e veloce messo a punto finora per plasmare il grafene tridimensionalmente. I ricercatori, infatti, sono stati in grado di ottenere da un foglietto bidimensionale di grafene una piramide alta 60 nm (ben 200 volte lo spessore del foglietto di partenza) attraverso l’uso di un raggio laser a luce pulsata. Inoltre, altre forme sono state ottenute variando il percorso compiuto dal laser e la sua intensità.

 La piramide alta 60nm ottenuta a partire da un foglietto bidimensionale di grafene. Immagine: Academy of Finland

Forgiare il grafene

La facilità della tecnica ha lasciato stupiti gli stessi ricercatori che hanno cercato di capire cosa potesse indurre un tale cambiamento nella struttura del grafene. Il sospetto, infatti, era che la luce laser permettesse ad alcuni contaminanti chimici di unirsi al grafene modificandone la struttura. Le analisi compiute sul grafene irradiato, tuttavia, hanno mostrato che, durante il trattamento, nessuna specie chimica viene incorporata nel grafene che va incontro esclusivamente ad un cambiamento strutturale.

In sostanza, è come se il foglio di grafene venisse piegato in una sorta di semplice origami riuscendo a mantenere la struttura tridimensionale senza l’aiuto di nessun collante. Gli stessi autori hanno definito questa nuova tecnica “forgiatura ottica“, proprio perché ricorda la forgiatura dei metalli a caldo, dove il laser viene usato come un martello di precisione. Il grafene 3D così ottenuto è stabile e ha proprietà diverse dal normale grafene bidimensionale, aprendo di fatto la strada a nuove potenziali applicazioni.

 

Immagine box di apertura: Academy of Finland

Immagine banner in evidenza: Flickr

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