Tecnologia LbL applicata all'ossido di grafene
Il grafene viene spesso presentato come un supermateriale per la sua straordinaria forza, sottigliezza, conduttività e proprietà ottiche. Ma il suo potenziale va ancora oltre se combinato con altri materiali di diversa natura. Creando questi materiali ibridi, le proprietà del grafene possono essere ottimizzate. Ciò può fornire ai ricercatori nuove ed eccitanti possibilità di applicazioni e garantire altresì una migliore integrazione del grafene nei dispositivi. Forte di queste prospettive, il dott. Sergio Moya del Centro di ricerca collaborativa sui biomateriali (CIC biomaGUNE) ha dato il via al progetto HIGRAPHEN (Hierarchical Functionalization of Graphene for Multiple device fabrication) nel marzo 2014. Utilizzando la tecnologia layer-by-layer, una semplice procedura per la funzionalizzazione delle superfici basata sulla deposizione graduale di molecole o materiali a carica opposta, ha puntato a sviluppare una procedura generale e versatile per la fabbricazione di dispositivi ibridi che uniscono il grafene a materiali polimerici, organici e inorganici. «La forza dell'assemblaggio layer-by-layer (LbL) è l’interazione elettrostatica fra i componenti assemblati», spiega il dott. Moya. «Inizialmente questa tecnica è stata sviluppata per l'assemblaggio di polielettroliti, cioè polimeri con monomeri a gruppi multipli carichi. Ma da allora è stata estesa a più componenti: i polielettroliti a pellicola LbL possono essere combinati con nanoparticelle, lipidi, cellule, ossido di grafene, ecc. Offrono un modo semplice e potente per creare interfacce evitando la chimica covalente e possono essere usate per molteplici applicazioni, dalle membrane di nanofiltrazione ai dispositivi optoelettronici, fino ai rivestimenti intelligenti e alla somministrazione di farmaci». Il progetto vuole andare oltre concentrandosi specificamente sulla combinazione di ossido di grafene con nanoparticelle di metallo e ossido di metallo, nonché di polielettroliti, mentre si contemplano potenziali applicazioni nell’immagazzinamento di energia e nella catalisi. Sebbene la tecnica LbL sia ampiamente utilizzata nell'ingegneria delle superfici e nella produzione di pellicole sottili, l'uso di LbL di HIGRAPHEN per assemblare componenti eterogenei con ossido di grafene è particolarmente innovativo. Il dott. Moya e il suo staff hanno prima proceduto a sintetizzare diversi nanomateriali come i punti quantici in seleniuro di zinco (ZnSe), la nanoparticella magnetica e i polimeri elettroattivi come il poliamminobenzilammine (PABA), prima di integrarli in pellicole LbL a più componenti, compreso l'ossido di grafene. Il team HIGRAPHEN ha poi integrato gli assemblaggi in rivestimenti e dispositivi anticorrosivi macroscopici per applicazioni optoelettroniche e per la conversione di energia. «Una delle principali sfide che abbiamo dovuto affrontare è stata quella di ottenere un denso aggregato di ossido di grafene in combinazione con i polimeri. Ciò ha portato allo sviluppo di diversi approcci per rivestire l'ossido di grafene e combinarlo con le nanoparticelle», afferma il dott. Moya. Nel complesso, il risultato più importante del progetto è la dimostrazione che l'ossido di grafene può essere assemblato per produrre un composito polimerico denso e che può essere facilmente integrato con nanoparticelle metalliche per la catalisi. HIGRAPHEN si concluderà solo nel marzo 2018, ma secondo il dott. Moya i partner del progetto stanno già perseguendo interessanti nuove linee di ricerca sulla base dei risultati del progetto per la fabbricazione di dispositivi e applicazioni catalitiche.
Parole chiave
HIGRAPHEN, Layer-by-layer, grafene, compositi, optoelettronica, conversione di energia, nanomateriali