Come fare il grafene usando i buckyball supersonici

Il grafene è uno dei materiali meravigliosi della nostra epoca. È circa 200 volte più resistente dell'acciaio, è uno straordinario conduttore di calore ed elettricità ed è quasi trasparente. Eppure produrre grafene è ancora complicato, in particolare quando deve essere posizionato su un substrato per applicazioni come l'elettronica.

Oggi Simone Taioli dell'Istituto di Fisica Fondamentale e Applicazioni di Trento in Italia e alcuni amici affermano di aver capito come farlo partendo dalla famosa molecola a forma di calcio buckminsterfullerene.

La loro idea è straordinariamente semplice: bombardare il substrato con buckyball che viaggiano a velocità supersoniche. È abbastanza veloce da aprirli quando colpiscono e le gabbie decompresse risultanti si legano insieme per formare una pellicola di grafene.

I ricercatori hanno pensato a lungo di utilizzare buckyball come precursore del grafene. Ma l'unico modo per farli decomprimere e legare insieme è riscaldarli a temperature superiori a circa 600 °C.

Non è particolarmente efficace, perché quelle alte temperature possono modificare le proprietà del substrato, in particolare la quantità di carbonio che adsorbe. Ciò si traduce in film irregolari con gravi difetti.

La nuova tecnica risolve questi problemi. Il team accelera i buckyball rilasciandoli in un gas elio o idrogeno, che consentono di espandere a velocità supersoniche, portando con sé le sfere di carbonio. Ciò fornisce alle buckyball energie di circa 40 keV senza modificare la loro dinamica interna (a differenza del normale riscaldamento che aumenta notevolmente le vibrazioni molecolari).

Questi ragazzi poi puntano i buckyball su una lastra di rame e li guardano schiantarsi contro di essa come mosche sul parabrezza. Il risultato è un rivestimento abbastanza uniforme di materiale simile al grafene in un unico strato.

Questo materiale ha le sue idiosincrasie. Tanto per cominciare, non è fatto di esagoni regolari, come il grafene perfetto. Invece contiene anche pentagoni, che provengono dalle strutture originali del buckyball. Questo è potenzialmente utile perché i pentagoni potrebbero introdurre un gap di banda nel materiale, qualcosa che gli scienziati dei materiali speravano da tempo di creare nel grafene.

Sebbene in questa fase sia solo una prova di principio, la tecnica sembra interessante, non ultimo perché produce film di qualità relativamente alta e potrebbe anche essere applicata a un'ampia gamma di altri materiali come metalli, semiconduttori e isolanti. E questo potrebbe aprire la strada a una nuova generazione di dispositivi elettronici.

Roba interessante!

Rif: arxiv.org/abs/1507.07859 : Verso la sintesi di grafene a strato singolo a temperatura ambiente mediante epitassia a fascio molecolare supersonico C60

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