Carta ultraresistente di grafene

Utilizzando la grafite, il materiale nero a fiocchi impiegato nelle matite, i ricercatori della Northwestern University hanno creato un materiale resistente, flessibile e leggero, simile alla carta. Potrebbe essere utilizzato come elettroliti o materiali di stoccaggio dell'idrogeno nelle celle a combustibile, elettrodi in supercondensatori e batterie e filtri chimici supersottili. Potrebbe anche essere miscelato con polimeri o metalli per creare materiali da utilizzare nelle fusoliere degli aerei, nelle automobili e negli edifici.

Le cose giuste: I ricercatori della Northwestern University hanno riassemblato fogli di grafene dello spessore di un atomo che formano cristalli di grafite morbidi e traballanti per creare un materiale resistente, flessibile e simile alla carta.

Il nuovo materiale è costituito da strati sovrapposti di grafene, fogli dello spessore di un atomo di atomi di carbonio disposti in esagoni a nido d'ape. Al contrario, la grafite, che diventa polverosa sotto pressione, è composta da fogli di grafene impilati uno sopra l'altro.

Rodney Ruoff , un professore di nanoingegneria nordoccidentale che ha guidato il lavoro, pubblicato in Natura questa settimana, afferma che i metodi alla base della creazione della nuova carta al grafene potrebbero portare a versioni ancora più forti. In questo momento, le molecole d'acqua tengono insieme i singoli fiocchi di grafene spessi 10 nanometri per creare la carta di grafene spessa micrometri. Usando altre sostanze chimiche come colle, i ricercatori potrebbero realizzare materiali ultra resistenti simili alla carta con varie proprietà. Il futuro è particolarmente brillante perché il sistema è molto flessibile... La chimica è quasi infinita, dice Ruoff.

Non si sapeva che esistessero fogli singoli di grafene fino a tre anni fa, quando Andre Geim , un professore di fisica all'Università di Manchester, nel Regno Unito, ha utilizzato del nastro adesivo per ottenere alcune scaglie di grafene da un cristallo di grafite. I ricercatori non comprendono ancora tutte le proprietà del grafene, ma sanno che può condurre gli elettroni molto bene ed è noto per essere eccezionalmente forte. Il grafene è il materiale più resistente al mondo, più duro del diamante, afferma Geim. Ma nella grafite, i fogli di grafene sono assemblati in modo tale da non legarsi fortemente tra loro. Quindi si sfaldano semplicemente per attrito, creando i segni neri di una matita.

L'idea di Ruoff era di smontare la grafite in singoli strati e rimontarli in un modo diverso da come sono nella grafite. L'obiettivo era trovare un modo per incollare insieme le piastrine di grafene durante il riassemblaggio, in modo da creare un materiale resistente e flessibile.

Poiché è difficile separare i fogli di grafene nella grafite, i ricercatori hanno prima usato un acido per ossidare la grafite e produrre ossido di grafite. Quindi mettono l'ossido di grafite in acqua. I singoli fogli di ossido di grafene si separano facilmente in acqua.

Quando i ricercatori hanno filtrato la sospensione, i fiocchi di ossido di grafene si sono depositati sul filtro, sovrapponendosi casualmente l'uno con l'altro. L'acqua ha incollato insieme i fiocchi; i suoi atomi di idrogeno si sono legati con gli atomi di carbonio in scaglie adiacenti. Il risultato è stato una carta marrone scuro, sottile e flessibile all'ossido di grafene. Regolando la concentrazione di ossido di grafite nell'acqua, i ricercatori hanno modificato lo spessore della carta, che va da 1 a 100 micrometri.

Nel tentativo di sviluppare materiali leggeri super resistenti, altri hanno utilizzato nanotubi di carbonio. E la nuova carta all'ossido di grafene non è forte come i film di nanotubi di carbonio, dice Geim. Il vantaggio dei materiali realizzati con nanotubi di carbonio è che sono molto più resistenti, perché si aggrovigliano come gli spaghetti, dice. Quando hai a che fare con lenzuola piatte, si impigliano molto poco e sono fragili.

Ma la carta all'ossido di grafene ha altri vantaggi chiave. La grafite è una materia prima economica e il metodo di filtrazione è semplice e porta a molto grafene. Ancora più importante, il lavoro dei ricercatori della Northwestern apre un modo per manipolare i fogli di grafene e creare materiali simili alla carta con proprietà diverse.

Quando Ruoff e i suoi colleghi ossidano il grafene in ossido di grafene, ad esempio, il materiale a base di carbonio passa dall'essere un conduttore elettrico ad essere un isolante. Ruoff dice che può alterare la chimica del grafene in altri modi per cambiarne le proprietà elettriche e renderlo un isolante, un conduttore o persino un semiconduttore.

La versatilità elettrica che si combina con un materiale ultraresistente ha entusiasmato alcuni osservatori. Non hanno usato alcuna colla dura tra le [piastrine di grafene], dice Geim. Mi aspetto materiali molto, molto resistenti se viene utilizzata una colla adeguata tra il grafene.

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