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Come si produce il grafene: ENEA Portici

Luogo:
Data: 01/07/2011
Canale: Ricerca
Autori: F. L. Falconieri, M. Maffioletti
URL Approfondimento: QUI

Al Centro Ricerche ENEA di Portici si esfolia la grafite per ottenere il materiale del secolo

Bastano una matita e del nastro adesivo per produrre il materiale del secolo, il grafene, parola di premio nobel. È il metodo dell’esfoliazione meccanica scoperto quasi per caso da Andre Geim e Kostantin Novoselov,  con il quale hanno vinto il premio nobel per la fisica nel 2010.
Il grafene è uno strato monoatomico di carbonio. È talmente sottile da essere l’unico materiale bidimensionale conosciuto ad oggi.  In un millimetro di grafite ci sono circa tre milioni di strati di grafene. Il problema è isolarli.
Siamo andati al Centro Ricerche ENEA di Portici dove il metodo di Geim e Novoselov è stato riprodotto per ENEA webTV in laboratorio.
Invece di una matita, la cui mina non è grafite pura, ma piuttosto un impasto, i ricercatori utilizzano un pezzetto di grafite pirolitica.
Con il nastro adesivo si strappa una patina di materiale e mano a mano, ripetendo l’esfoliazione  si arriva ad assottigliarla fino a pochi strati atomici. Più ci avviciniamo allo strato monoatomico più il materiale diventa trasparente. È  necessario quindi depositarlo su un substrato, che ci consenta di renderlo visibile al microscopio.
Il substrato di elezione è il silicio ossidato.
Se si vuole utilizzare il grafene e sfruttare tutte le sue proprietà è necessario averlo in purezza e la colla del nastro adesivo inquina il campione. Per questo i ricercatori di Portici hanno messo a punto due metodi alternativi.
L’esfoliazione meccanica viene qui prodotta utilizzando uno strato di sylgard, un polimero siliconico  commerciale, al posto del nastro adesivo.
È possibile anche utilizzare un processo molto diverso e ottenere l’esfoliazione attraverso una reazione chimica.
Si versa un solvente sulla polvere di grafite per ottenere un‘intercalazione del solvente stesso fra gli strati di grafene, che lentamente si separano. L’energia per effettuare l’esfoliazione viene fornita con un bagno ad ultrasuoni. Passate circa tre ore è possibile depositare un film della soluzione contenente il grafene esfogliato chimicamente su un supporto. In questo caso si tratta di un substrato di allumina sul quale sono stampati dei contatti elettrici. Il grafene chiude i contatti e il dispositivo può essere utilizzato come sensore. Il vantaggio di questa tecnica è che è possibile depositare il grafene esattamente dove è necessario.
Poiché è un ottimo conduttore, quasi trasparente e bidimensionale  il grafene può avere applicazioni rivoluzionarie in campo elettronico. Un possibile settore di applicazione è la produzione di energia con pannelli e celle solari innovativi.
Ed eccolo al microscopio, ci vuole un occhio esperto per identificare la leggera sfumatura nell’immagine.

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