Grafene, perfetto anche se difettoso

Flessibile e duro, denso e leggero, resistente e pieghevole: il grafene sembra essere ‘il materiale degli opposti’, oltre che il materiale del futuro. E, ancora più sorprendente, la sua forza – la più alta mai misurata in una sostanza – rimane pressocché immutata anche in presenza di difetti nella struttura, inevitabilmente esistenti su superfici non troppo piccole. È il risultato di uno studio pubblicato su Science e condotto dall’Università della Columbia di New York, dall’Università di Sungkyunkwan in Corea, con il contributo di altri istituti statunitensi e coreani.

Il grafene è costituito da uno strato monoatomico di atomi di carbonio, che si dispongono in un reticolo a forma di nido d’ape. “Solo all’interno di aree molto ridotte è senza difetti, che invece sono presenti negli strati estesi”, spiega James Hone, coautore dello studio. “Fino ad ora non era chiaro quanto fossero forti queste imperfezioni”.

Oggi però i ricercatori sono riusciti a misurare questa forza, prendendo in esame dei film di grafene realizzati attraverso la tecnica di deposizione chimica da vapore (CVD). In questi film, il grafene, proprio come una ‘trapunta’, è cucito insieme da molti piccoli cristalli alle zone di congiunzione, che contengono dei difetti.

I ricercatori hanno combinato lo studio della struttura attraverso il microscopio elettronico a trasmissione (Tem), che permette di avere immagini del materiale su scala dei micrometri o di frazioni dei micrometri, con un test sulla durezza di indentazione, per determinare le proprietà meccaniche dei film CVD con differenti dimensioni dei cristalli.

“In questo modo abbiamo misurato la durezza elastica del film CVD, che è uguale a quella del grafene senza imperfezioni, e la sua forza, che è solo lievemente ridotta”, conclude Hone. “Infatti, effettuando la misurazione direttamente in corrispondenza del difetto, qui il materiale conserva circa il 90% della forza delle zone ideali”.

Le possibili applicazioni del grafene (come vi abbiamo già raccontato) sono le più svariate e riguardano i settori dell’elettronica flessibile e dei materiali ultraresistenti. In una delle ultime proposte, ad esempio, il materiale potrebbe essere presto utilizzato dalla Apple per realizzare iPhone e iPad ancora più potenti, come racconta il New Scientist. L’azienda, infatti, ha già depositato un brevetto per un dissipatore basato sul grafene: tale dispositivo potrà occupare meno spazio, consentendo la presenza di una batteria più grande e di maggiore durata.

Riferimenti: Science doi:10.1126/science.1235126

Credits immagine: Andrew Shea for Columbia Engineering via Columbia University