Scoperta senza precedenti: pellicole di grafite specchiate resistenti come diamante e super-conduttive

I ricercatori hanno messo a punto un nuovo metodo per creare pellicole di grafite dall'aspetto riflettente e dalla struttura inusualmente compatta. Il risultato consiste in film con grani di grafite molto più grandi rispetto a quelli che si possono ottenere con gli strumenti esistenti, e quasi privi di pieghe microscopiche: solo poche nanorighettature.

Grani di grafite più grandi e una superficie con poche pieghe, infatti, migliorano significativamente le prestazioni del materiale: permettono agli elettroni e al calore di muoversi più liberamente, riducono resistenze e dispersioni, rendono la pellicola più robusta e resistente alla rottura e garantiscono uniformità e lucentezza ideali per applicazioni tecnologiche avanzate come chip, batterie o rivestimenti ad alte prestazioni. Quando i grani sono piccoli e frammentati, invece, gli elettroni devono saltare da un grano all'altro all'interno di un processo in cui incontrano resistenze ai bordi dei grani. Grani più grandi significano meno confini da attraversare e quindi una conduzione più efficiente.

Inoltre, la superficie liscia e riflettente riduce dispersioni ottiche ed elettriche, e questo migliora l'efficienza in dispositivi elettronici e ottici, mentre l’elevata resistenza meccanica protegge il materiale da graffi, rotture o deformazioni.

La chiave del successo è stata una lega fusa di nichel e molibdeno, utilizzata come base durante la crescita del film. Dopo la deposizione, gran parte del nichel è evaporato intenzionalmente e ha lasciato un substrato poroso. Questo stratagemma ha indebolito il legame tra la lega e la grafite durante il raffreddamento e ridotto al minimo le pieghe, contribuendo all'effetto "specchio".

Le prestazioni registrate sono impressionanti: conduttività elettrica pari a 2,25 × 10⁴ S cm⁻¹ a 300 K; modulo di Young medio di 969 ± 69 GPa; resistenza alla rottura media di 1,29 ± 0,203 GPa. Inoltre, la conducibilità termica in piano ha raggiunto i 2034,4 ± 68 W m⁻¹·K⁻¹. Tutti valori record per la grafite artificiale.

Questo tipo di grafite ultrapiatta e con grani enormemente più estesi rispetto al passato apre nuove possibilità nel campo dell'elettronica avanzata, nei materiali termoconduttivi o per schermature elettromagnetiche. Il fatto che le proprietà meccaniche e funzionali siano così straordinarie lascia intravedere applicazioni significative anche nella ricerca industriale.

Dal 2004, anno in cui è stato scoperto, il grafene è considerato un materiale straordinario per le sue proprietà elettriche, meccaniche e termiche. La sua promessa era tale da valere un Nobel ai suoi scopritori, ma l'uso su larga scala è rimasto limitato per una ragione precisa: produrlo in modo semplice ed economico è estremamente difficile. Questo gruppo di ricercatori coreani ora sostiene di aver ideato un sistema che potrebbe aver superato l'ostacolo, con pellicole di grafite dalle caratteristiche eccezionali con potenzialità che vanno ben oltre la ricerca di laboratorio: dai sistemi per dissipare il calore in elettronica di potenza, fino a chip avanzati per data center dedicati all’intelligenza artificiale, passando per rivestimenti ad alte prestazioni per batterie di nuova generazione.

Lo studio, pubblicato il 12 agosto 2025 su Nature Communications, rappresenta così un passo avanti notevole nella produzione di materiali a base di carbonio con caratteristiche fuori dal comune.