Grafene fatti più in là, dimostrata una nuova forma di carbonio

Che si tratti di diamante o grafite, il carbonio esiste sotto varie forme, alcune delle quali hanno proprietà davvero interessanti. Un nome su tutti? Il grafene, ovviamente. Il grafene, spesso solo un atomo, ha proprietà elettriche (ma non solo) che lo rendono un candidato promettente per la tecnologia del futuro.

Nel caso del grafene ogni atomo di carbonio è collegato ad altri tre atomi vicini, formando una struttura esagonale disposta in una rete a nido d'ape. Studi teorici hanno dimostrato che gli atomi di carbonio possono essere disposti creando altri tipi di rete, mantenendosi vincolati ad altri tre atomi vicini. Il problema è che nessuna di queste reti era mai stata realizzata, finora.

Ricercatori dell'Università di Marburgo in Germania e della Aalto University in Finlandia hanno scoperto una nuova rete di carbonio, atomicamente sottile come il grafene, ma composta da quadrati, esagoni e ottagoni che formano un reticolo ordinato. Lo studio è stato pubblicato su Science.

Grazie a un microscopio a scansione ad alta risoluzione gli studiosi hanno confermato la struttura unica e scoperto che le sue proprietà elettroniche sono molto diverse da quelle del grafene. La nuova rete di bifenilene, questo il nome del materiale, rispetto al grafene e altre forme di carbonio presenta proprietà metalliche. Le strisce della rete, larghe solo 21 atomi, si comportano come un metallo a tali dimensioni, mentre il grafene è un semiconduttore.

"Queste strisce potrebbero essere utilizzate come fili conduttori in futuri dispositivi elettronici a base di carbonio", ha affermato il professor Michael Gottfried dell'Università di Marburgo. Non solo, secondo l'autore principale dello studio, Qitang Fan, "la nuova rete di carbonio può anche servire come materiale anodico superiore nelle batterie agli ioni di litio, con una maggiore capacità di accumulo di litio rispetto a quella degli attuali materiali a base di grafene".

Simulazioni e analisi computerizzate hanno permesso di comprendere le proprietà elettriche del materiale, ottenuto assemblando molecole contenenti carbonio su una superficie d'oro estremamente liscia.

Le molecole formano delle catene, ossia esagoni collegati tra loro, e una reazione successiva collega tali catene tra loro formando quadrati e ottagoni. Le catene presentano un'importante caratteristica, ossia sono chirali, in pratica sono identiche in tutto, salvo l'essere una l'immagine speculare dell'altra tra loro non sovrapponibili.

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Solo le catene dello stesso tipo si aggregano sulla superfice d'oro, formando strutture ordinate, prima di collegarsi. Questo è un fatto importante, spiegano i ricercatori, per la formazione della nuova forma di carbonio in quanto la reazione tra due differenti tipi di catene porta a ottenere il grafene. "La nuova idea è usare precursori molecolari che sono ottimizzati per produrre bifenilene invece di grafene", ha spiegato il ricercatore Linghao Yan della Aalto University.

Lo studio proseguirà con l'obiettivo di produrre fogli di materiale più grandi, in modo che il suo potenziale di applicazione possa essere ulteriormente studiato e magari portare alla scoperta di altre nuove reti di carbonio.