Grafene fatti più in là: il nuovo materiale delle meraviglie si chiama grafino

Un team di ricercatori della University of Colorado Boulder è riuscito a sintetizzare il grafino, una nuova forma di carbonio che si prospetta persino migliore del grafene, da molti ritenuto il "materiale delle meraviglie" per le tante proprietà mostrate - elettriche, meccaniche, ecc. - e la sua duttilità.

Finora gli scienziati di tutto il mondo avevano registrato successo limitato nel sintetizzare il grafino, tanto che ne erano stati creati solo pochi frammenti. Il nuovo studio, pubblicato su Nature Synthesis, illustra un modo più semplice per ottenere il grafino, aprendo - potenzialmente - nuovi scenari di sviluppo per settori come l'ottica, i semiconduttori e l'elettronica in generale.

Il lavoro sul grafino va a incasellarsi in un filone che vede l'industria interessata alla progettazione di nuovi allotropi di carbonio per soddisfare le necessità di svariati settori.

Esistono diversi modi in cui si possono ottenere gli allotropi di carbonio, in base a come gli atomi di carbonio si legano ad altri elementi e ai loro legami corrispondenti. Gli allotropi di carbonio più noti sono la grafite (usata in matite e batterie) e i diamanti, che sono creati rispettivamente da carbonio sp2 e carbonio sp3. Inoltre, sfruttando metodi chimici tradizionali, gli scienziati sono riusciti a creare vari allotropi tra cui il fullerene e il grafene.

Il problema è che questi metodi non permettono di sintetizzare insieme diversi tipi di carbonio in grande quantità, come invece è richiesto per il grafino. Di conseguenza il materiale è rimasto pressoché "teorizzato" fino a oggi, così come le sue proprietà di conduzione, meccaniche e ottiche.

Wei Zhang, professore di chimica alla CU Boulder e autore dello studio, studia la chimica reversibile, ossia quella chimica che permette ai legami di autocorreggersi, consentendo la creazione di nuove strutture ordinate, o reticoli, come polimeri sintetici simili al DNA. Ed è a lui (e al suo team) che il settore industriale si è rivolto per trovare un metodo "non convenzionale" utile a creare il grafino.

Utilizzando un processo chiamato metatesi di alchino, una reazione organica che comporta la ridistribuzione, o taglio e riformazione, di legami chimici alchinici (un tipo di idrocarburo con almeno un triplo legame covalente carbonio-carbonio), nonché termodinamica e controllo cinetico, il gruppo è stato in grado di creare con successo ciò che non era mai stato ottenuto prima: un materiale che poteva rivaleggiare con la conduttività del grafene ma, e questa è la buona notizia, con controllo.

"C'è una differenza piuttosto grande (tra grafene e grafino), ma in senso positivo", ha spiegato Zhang. "Questo potrebbe essere il materiale delle meraviglie della prossima generazione. Ecco perché le persone (del settore) sono davvero entusiaste".

Sebbene il materiale sia stato creato con successo, il team ora procederà a esaminarne le particolarità, a cercare un modo di manipolarlo e di produrlo su larga scala. L'obiettivo è abbassare i costi e semplificare la procedura di reazione affinché il grafino diventi ampiamente utilizzabile. "Stiamo davvero cercando di esplorare questo nuovo materiale da più dimensioni, sia sperimentalmente che teoricamente, dal livello atomico ai dispositivi reali", ha detto Zhang a proposito dei prossimi passi.

Questo lavoro dovrebbe aiutare a comprendere come le proprietà ottiche e di conduzione degli elettroni del materiale possano trovare applicazione industriale, ad esempio nelle batterie agli ioni di litio.

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