Chi vuole un panino al buckminsterfullerene?

Scienziati hanno creato una nuova struttura incapsulando uno strato singolo di molecole di fullerene tra due fogli di grafene. L’input di PICOMAT, sostenuto da finanziamenti dell’UE, ha aiutato a mostrare le prime immagini dirette di un’eterostruttura 0D/2D. Questa incorpora molecole C60 tra due strati di grafene in un sandwich di buckminsterfullerene sospeso, come spiegano nell'' articolo pubblicato su “Science Advances”.

Nell’articolo si riporta la scoperta di “isole di C60 pulite e ordinate con uno spessore di una molecola, schermate dagli strati di grafene dal vuoto del microscopio”. Si aggiunge poi che il materiale era in parte protetto dai danni causati dalla radiazione durante l’imaging con microscopio elettronico a scansione in trasmissione. Le strutture risultanti contengono grandi zone atomicamente pulite, le quali permettono lo studio diretto di isole di C60 per mezzo della microscopia elettronica a scansione in trasmissione (scanning transmission electron microscopy o STEM).

Una nuova era di ricerca sul carbonio

Essendo uno degli elementi più versatili, il carbonio occupa una posizione centrale nella scienza dei materiali da molti anni. Ha diversi allotropi di diverse dimensioni e mostra molte diverse geometrie di legame e quindi ha attirato l’attenzione dei ricercatori. Nel 1991 i nanotubi di carbonio unidimensionali hanno sucitato interesse e nel 2004 i ricercatori hanno cominciato a sperimentare l’allotropo del carbonio bidimensionale, il grafene. Diverse combinazioni di allotropi di carbonio, come i nanotubi di carbonio pieni di fullerene (baccelli di carbonio) e grafite intercalata da fullerene erano già stati costruiti.

Quello che rende interessante la ricerca di PICOMAT (Picometer scale insight and manipulation of novel materials) è che creando il sistema fullerene-grafene, gli scienziati hanno formato un nuovo materiale che colma una lacuna nelle possibili combinazioni di eterostrutture di carbonio ibride. Poiché il sandwich di grafene fornisce una camera di reazione in nanoscala e un’interfaccia pulita al vuoto del microscopio, è possibile l’osservazione delle dinamiche molecolari nel microscopio elettronico a trasmissione. I ricercatori dell’Università di Vienna pensano che questo aprirà nuove vie per chi vuole studiare come altre molecole, incapsulate nello stesso modo, sono strutturate.

Come si fa un sandwich?

I ricercatori hanno fabbricato i sandwich usando il calore per far evaporare il C60 in griglie TEM rivstite di grafene, disponibili sul mercato. Hanno poi messo una seconda griglia rivestita di grafene su questa e hanno portato le due pellicole in contatto facendo evaporare una particella di solvente. A differenza di un singolo strato di grafene, i sandwich contengono anche monostrati di fullerene, le cui estremità mostrano un contrasto di immagine non lineare del motivo marezzato degli strati sospesi di grafene.

Applicazioni pratiche

I ricercatori spiegano che i sandiwich di buckminsterfullerene dovrebbero avere proprietà ibride che potrebbero essere adatte ad applicazioni che spazierebbero dai laser in nanoscala a gamme cubite di spin e elementi meccanici in nanoscala. Inoltre sottolineano che la co-intercalazione di metalli alcalini potrebbe trasformarli in un superconduttore ad alta temperatura.

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