Due articoli, uno pubblicato sulla rivista “Carbon” e uno sulla rivista “Nano Letters”, descrivono ricerche sulle proprietà elettriche del grafene. Due team di ricercatori coordinati dall’Università di Linköping (LiU), in Svezia, si sono concentrati sulle possibilità del grafene multistrato per una serie di applicazioni legate all’elettronica, per la possibilità di usarlo come superconduttore e nella produzione di carburanti sostenibili.

Ormai da anni il grafene viene indicato come un materiale straordinario per le sue caratteristiche elettriche. Finora i costi elevati del grafene di qualità hanno frenato lo sviluppo di dispositivi basati su di esso ma è questione di tempo e sono già state proposte varie tecniche di produzione, anche una a livello industriale che dovrebbe essere economica. Viene prodotto in fogli formati da un singolo strato di atomi legati tra loro ma le proprietà elettriche del grafene sono ancor più interessanti quando questo materiale viene prodotto in più strati, il che però aggiunge ulteriori complicazioni.

Un foglio di grafene multistrato ideale ha i vari strati con le celle formate dagli atomi di carbonio allineate ma ottenere quel risultato è difficile. Se gli strati non sono allineati i loro bordi terminano con una sorta di scaletta microscopica in cui le celle formano nanogradini e ciò ha conseguenze sulle proprietà del foglio. Gli autori di questa nuova ricerca hanno trovato il modo di eliminare questo problema creando grafene a una temperatura attentamente controllata. Questa tecnica permette anche di controllare il numero di strati di grafene del foglio.

I ricercatori avevano già sviluppato una tecnica per produrre carburo di silicio, conosciuto anche come carborundum, un materiale che mette assieme carbonio e silicio, e grafene monostrato sopra questo materiale. Nell’articolo pubblicato sulla rivista “Carbon” descrivono un progresso che permette di produrre anche grafene multistrato cubico di qualità con gli strati ben allineati su una superfice di carburo di silicio.

La foto (cortesia Thor Balkhed/LiU. Tutti i diritti riservati) mostra Jianwu Sun, uno dei ricercatori che ha fatto parte dei due team che hanno condotto questi studi, mentre ispeziona l’apparecchiatura che produce il carburo di silicio su cui successivamente produrre grafene monostrato o multistrato.

Tra le applicazioni del grafene multistrato ci sono quelle connesse all’elettronica ma questa ricerca è orientata anche alla produzione di carburanti rinnovabili. Ciò perché il grafene multistrato potrebbe essere usato all’interno di un processo di conversione di acqua e anidride carbonica in sostanze come etanolo e metanolo, che possono essere usati come carburanti con il vantaggio di essere più sostenibili rispetto a quelli prodotti con altri processi proprio perché in questo caso l’anidride carbonica immessa nell’atmosfera non sarebbe maggiore di quella assorbita nella loro produzione. Non si tratta di una soluzione ideale ma almeno a breve temrine potrebbe essere un’alternativa ai combustibili fossili.

L’articolo pubblicato sulla rivista “Nano Letters” si concentra sulle possibilità di attivare le proprietà di superconduttore del grafene multistrato prodotto sul carburo di silicio. Nell’aprile 2018 un team del MIT aveva mostrato la possibilità di ottenere quel risultato con un doppio strato di grafene quando le due reti di celle esagonali sono inclinate l’una rispetto all’altra con un angolo di 1,1°. All’Università di Linköping hanno dimostrato sperimentalmente che un certo posizionamento degli strati permette di ottenere una forma di superconduttività nel grafene.

Questo tipo di risultato mette assieme due rami di ricerca importanti per i progressi tecnologici dato che sia l’adozione comune del grafene che ottenere una superconduttività a temperatura ambiente costituirebbero notevoli passi avanti nel campo dell’elettronica. Anche un altro team di ricercatori ha condotto esperimenti con la superconduttività del grafene a doppio strato, riportati in un articolo pubblicato sulla rivista “Science Advances”.

Negli ultimi anni sono arrivate parecchie notizie relative allo sviluppo di tecniche di produzione del grafene ma spesso il problema è arrivato nel passaggio dal laboratorio alla produzione di massa. Purtroppo i problemi pratici, con i relativi costi, vanno risolti e solo a quel punto è possibile valutare quale sia il reale potenziale in relazione alla rivoluzione promessa anni fa.