È stata creata la grafine, 'cugina' del grafene

Dopo 10 anni di studi, il nuovo materiale potrebbe addirittura superare il grafene per resistenza e capacità di condurre una corrente elettrica. Con molte potenziali applicazioni per il futuro.

La scienza dei materiali non smette di sorprenderci. Oltre al grafene, il “materiale degli opposti”, che è allo stesso tempo flessibile e duro, leggero e denso, oggi arriva per la prima volta un altro composto del carbonio, a lungo ipotizzato e studiato, ma mai prodotto nella realtà: è la graphyne - o grafine, simile al grafene. Si tratta di un nanomateriale, finora solo teorico, dalle proprietà ottiche, di conduzione elettrica e meccaniche uniche, forse anche più del grafene. Come quest'ultimo, anche la grafine è bidimensionale e costituita da atomi di carbonio, anche se, a differenza del grafene, il legame fra gli atomi può essere anche doppio e triplo e non solo singolo; di qui la chiave alla base delle sue caratteristiche. Inoltre, esistono vari tipi di grafine, in questo caso si è ottenuta la γ-graphyne. I risultati, frutto del lavoro dell'università del Colorado a Boulder, sono pubblicati su Nature Synthesis.

Due materiali, due strutture

Il grafene è un nanomateriale, composto da uno strato monoatomico di atomi di carbonio, che si dispongono in un reticolo a forma di nido d’ape. Già da anni le sue peculiari caratteristiche lo rendono un materiale del futuro e attualmente già impiegato e studiato, per esempio, per tessuti intelligenti, più impermeabili, resistenti e addirittura antibatterici. Finora le grafine (che sono più di una), come racconta anche l'Enea in un articolo intitolato “Le grafine? Superiori al grafene”, non esistevano nella realtà se non in piccoli frammenti generati in laboratorio. Per la sua struttura, la grafine (in questo lavoro si parla della γ-graphyne) è leggermente diversa dal grafene. Le sue caratteristiche la rendono ancora più leggera e anisotropa, ovvero capace di cambiare comportamento a seconda della direzione scelta – mentre il grafene era isotropo, ovvero simmetrico, nelle sue proprietà, in tutte le direzioni. L'asimmetria della grafine potrebbe renderla ancora più adatta per tecnologie e per applicazioni quali nanodispositivi elettronici o nanotransistor più veloci.

Produrre la grafine

Questo risultato era ricercato da più di 10 anni, come specificano gli autori sulla pagina dell'università del Colorado a Boulder – ricordiamo che nel 2010 gli inventori del grafene hanno vinto il premio Nobel per la fisica. La difficoltà, finora, era stata quella di tradurre una simulazione in realtà mediante un processo sperimentale. La mancanza di strumenti per la sintesi della sostanza ha limitato in parte la ricerca sperimentale, oggi ripresa dal gruppo del Colorado a Boulder.

Gli autori sono riusciti a ottenere la grafine mediante un processo chiamato metatesi degli alcheni, una particolare reazione che comporta la ridistribuzione e la riorganizzazione di alcune parti di un composto, utilizzata anche nell'ambito della produzione di farmaci e polimeri. La reazione è stata combinata con metodi di controllo cinetico e termodinamico – dunque nell'esperimento la chimica si è 'sposata' con la fisica. In questo modo hanno realizzato un prototipo di grafine. Nonostante il risultato sia stato ottenuto con successo, non si tratta di un punto di arrivo, ma di partenza: saranno necessari ulteriori studi per caratterizzare ancora meglio il materiale, per comprendere come produrlo su più ampia scala e come manipolarlo.

Esterno e interno

In certe circostanze, in chimica una stessa sostanza può esistere in diverse forme e questa proprietà si chiama allotropia. È il caso, per esempio, di alcuni materiali costituiti interamente da carbonio – che dunque apparentemente dovrebbero essere uguali – che però assumono una struttura e un aspetto differente: sono di questo genere il diamante, la grafite (le matite), il grafene, il fullerene, nanotubi di carbonio, la grafine e altri materiali. Insomma, anche se può sembrare strano, il diamante e la grafite che compone le matite differiscono soltanto nella forma – e non nel contenuto – con cui si dispone e si struttura il carbonio. Negli anni gli scienziati hanno ottenuto diverse sostanze allotropiche, fra cui anche il fullerene, a cui è andato il premio Nobel per la chimica nel 1996, agli scopritori. Questa premessa vale anche per il grafene e la grafine, verso cui il mondo della ricerca è sempre stato interessato, grazie alle particolari proprietà che rendono molto interessanti questi materiali in ambito industriale e tecnologico.