Monostrati esfolianti: aprire nuovi spazi per le soluzioni industriali

Il professor Coleman è stato il primo a dimostrare come creare nanomateriali in questo modo producendo il grafene, monostrati di carbonio dello spessore di un solo atomo con proprietà elettroniche uniche. Ha mostrato che sottoponendo un blocco di grafite sospeso in un liquido a un'energia sonica si provoca l'"esfoliazione" di monostrati di carbonio dalla grafite. Questo produce una sospensione liquida di fiocchi monostrato di grafene. Nel 2010 ha ricevuto una sovvenzione Starting Grant del CER per ampliare la sua ricerca insignita di premi e per dimostrare il suo più ampio potenziale. Infatti, ci vorrebbe il peso di un elefante in equilibrio su una matita per sfondare un foglio di grafene dello spessore della pellicola alimentare.

Il team del prof. Coleman sta adesso applicando questa tecnologia a molti altri materiali importanti dal punto di vista industriale, ad esempio esfoliando monostrati di solfuro di tantalio (un conduttore metallico), nitruro di boro (un isolante) e solfuro di molibdeno (MoS2) (un semiconduttore). Questi sono gli elementi costituenti per le applicazioni di nanoelettronica, ma l'elemento significativo è che ciò avviene in fase liquida. Permettendo quindi ai monostrati in sospensione di depositarsi su una superficie a formare un film continuo, il team sta producendo strati impilati di film conduttori, isolanti e semiconduttori, di spessore controllato e con proprietà elettriche e ottiche ben definite, partendo dai quali si possono produrre in grandi quantità molti dispositivi come semiconduttori e rilevatori.

Ma questa ricerca non si limitata ai componenti elettronici. I monostrati di solfuro di molibdeno sono 20 volte più resistenti dell'acciaio, quindi possono essere usati per rafforzare altri materiali, come le plastiche, che vengono anch'esse lavorate in solventi liquidi. Il team del prof. Coleman ha dimostrato esattamente questo co-depositando una piccola quantità di MoS2 con una plastica di uso quotidiano, riuscendo più che a raddoppiare la sua resistenza!

Le plastiche sono molto diffuse nelle applicazioni strutturali, ad esempio come componenti delle automobili. Riuscire a raddoppiarne la resistenza significa dimezzare la quantità di materiale necessario, riducendo quindi il petrolio impiegato per produrre in primo luogo la plastica, ma anche il peso delle automobili e quindi le emissioni da esse prodotte. Questo è il motivo per cui la ricerca del prof. Coleman è descritta come una tecnologia "chiave". Se il team riuscirà a dimostrare applicazioni idonee all'industria, allora la possibile richiesta globale sarà immensa.

Prima della sua conferenza a TEDx, il prof. Coleman ha detto: "Io non vedo davvero l'ora di condividere questi ultimi sviluppi nella scienza dei materiali con il pubblico al TEDx. La scoperta del grafene ha aperto la strada a innumerevoli possibili applicazioni nel mondo reale e penso che il pubblico al TEDx troverà la prospettiva di creare monostrati bidimensionali di una varietà di materiali estremamente stimolante!"

Ascolta l'intervento del prof. Coleman su questi sviluppi durante la sessione CER di TEDx Brussels, alle 2:15.