Portare il grafene nel nanomondo
Il grafene(si apre in una nuova finestra), una forma di carbonio che consiste in un singolo strato di atomi disposti in un reticolo a nido d’ape bidimensionale, è un elemento chiave per molte applicazioni industriali, tra cui semiconduttori, elettronica, batterie elettriche e compositi. Ora, grazie al lavoro del progetto GRANN, finanziato dall’UE, il suo utilizzo è stato esteso al nanomondo. «Questo progetto, sostenuto dal Consiglio europeo della ricerca(si apre in una nuova finestra), è riuscito a sfruttare le notevoli proprietà del grafene», afferma Liv Hornekaer, fisico presso l’Università di Aarhus(si apre in una nuova finestra) e coordinatore del progetto GRANN. «Ci siamo riusciti progettando e sintetizzando nuove famiglie di grafene nanostrutturato(si apre in una nuova finestra) attraverso percorsi di sintesi avanzati e la funzionalizzazione chimica»(si apre in una nuova finestra).
Una serie di risultati importanti
Il progetto GRANN ha riunito un team di esperti nella sintesi del grafene, nei rivestimenti in grafene e nel controllo delle proprietà elettroniche del grafene su campioni macroscopici. Insieme hanno raggiunto diversi importanti risultati, tra cui lo sviluppo di nuovi metodi per la sintesi delle strutture a nanodot(si apre in una nuova finestra) di grafene. I ricercatori hanno anche esplorato la reattività chimica di nanografene e idrocarburi policiclici aromatici(si apre in una nuova finestra) in condizioni interstellari. Un altro risultato importante è stato lo sviluppo di un approccio innovativo per l’ingegnerizzazione di una banda proibita(si apre in una nuova finestra) modulabile nel grafene, un’apertura che forma strutture in nanoscala di funzionalizzazione dell’idrogeno con simmetria modulabile. «Abbiamo dimostrato l’esistenza di nuovi percorsi di reazione chimica e motivi di funzionalizzazione del grafene su substrati(si apre in una nuova finestra) di metallo», spiega Hornekaer. «In particolare, abbiamo mostrato che il grafene media l’attività catalitica(si apre in una nuova finestra) della superficie metallica sottostante, permettendo la funzionalizzazione chimica con idrogeno molecolare eccitato e la stabilizzazione di un nuovo motivo di legame per l’ossigeno atomico sul grafene». I ricercatori hanno inoltre dimostrato come il grafene possa agire in qualità di rivestimento protettivo su metallurgia(si apre in una nuova finestra) (leghe) metalliche di livello industriale e come le nanostrutture di funzionalizzazione dell’idrogeno possano migliorare le proprietà protettive di tali rivestimenti. «Il progetto ha mostrato chiaramente il potenziale dei rivestimenti di grafene e dei rivestimenti di grafene potenziati nella funzionalizzazione, in qualità di rivestimenti anticorrosione sulle superfici di applicazioni industriali», aggiunge Hornekaer.
Aprire le porte a nuove opportunità di ricerca
Tra le numerose realizzazioni del progetto, Hornekaer è molto orgoglioso dello sviluppo di un metodo per sfruttare la simmetria nei modelli di funzionalizzazione al fine di progettare una banda proibita in grafene. «Permettendoci di controllare la funzionalizzazione dell’idrogeno del grafene, siamo stati in grado di produrre grafene nanostrutturato con simmetria variabile», osserva. Sono risultati come questi che spalancano le porte a nuove opportunità di ricerca. La ricerca avviata dal progetto GRANN prosegue sotto la guida di Hornekaer presso il nuovo centro di catalisi interstellare(si apre in una nuova finestra) dell’Università di Aarhus in Danimarca e presso l’Università di Leiden(si apre in una nuova finestra) nei Paesi Bassi. Il lavoro di Hornekaer si concentrerà sull’attività catalitica del nanografene e delle nanoparticelle carbonacee nella formazione di molecole organiche complesse in condizioni interstellari. «Il nostro obiettivo è quello di determinare se i blocchi molecolari della vita possono essere catalizzati nello spazio interstellare, le regioni dove si formano nuove stelle e nuovi pianeti», conclude Hornekaer. «Questo lavoro si baserà in larga misura sui risultati ottenuti e sulle tecniche che abbiamo sviluppato durante il progetto GRANN».
