Il nuovo polimero bidimensionale ispirato alle proprietà del grafene

Costituito da uno strato monoatomico di carbonio, il grafene è il materiale più sottile al mondo e può vantare delle proprietà straordinarie che gli consentirebbero di essere impiegato in molteplici applicazioni. Resistente come il diamante, flessibile come la plastica, ottimo conduttore elettrico e termico, è stato scoperto nel 2004 da Andrej Gejm e Konstantin Novosëlov, due fisici dell’Università di Manchester, e da diversi anni è oggetto di studi da parte di esperti e scienziati. Nell’ultimo periodo la ricerca si sta orientando verso la messa a punto di nuovi materiali con struttura ispirata al grafene ma con prestazioni ancora più performanti.

In questo contesto si inserisce un’interessante scoperta da parte di un team di ricercatori nato da una collaborazione internazionale tra Italia e Canada, a cui ha partecipato anche l’Istituto di struttura della materia del Consiglio Nazionale delle Ricerche e il Dipartimento di fisica dell’Università di Tor Vergata. Lo studio, pubblicato sulla rivista Nature Materials, potrebbe segnare un momento rivoluzionario nella scienza dei materiali 2D e portare cambiamenti significativi all’interno delle aziende specializzate nel settore dell’elettronica.

Lo scopo dello studio, proveniente da 16 autori associati anche all’Institut National de la Recherche Scientifique e alle università canadesi di McGill e Lakehead, è stato quello di sviluppare materiali 2D con solo uno strato atomico di spessore e con funzionalità aggiuntive per estendere questo progresso nella scienza dei materiali. Questa scoperta apre le porte a nuovi sviluppi, sia sperimentali che teorici. Una volta integrato il nuovo sistema in un dispositivo, come ad esempio un transistor, potremmo assistere a livelli eccezionali e senza precedenti di prestazioni elettriche.

Il team italo-canadese ha mostrato la sintesi di polimeri coniugati 2D su larga scala e ne ha caratterizzato accuratamente le proprietà elettroniche. Il successo è arrivato anche grazie all’unione di competenze uniche e complementari.

“Abbiamo realizzato un nuovo materiale polimerico in 2D con un grado di ordine mai raggiunto prima, trasformando in realtà quello che finora era stato solo teorizzato”, ha spiegato Giorgio Contini, ricercatore dell’Istituto di struttura della materia del Consiglio Nazionale delle Ricerche. “Questi polimeri presentano una struttura “kagome”, la stessa delle sedie in paglia di Vienna che si possono trovare in molte case italiane, e possiedono caratteristiche di conducibilità elettrica simili a quelle del grafene. Li possiamo considerare dei materiali post-grafenici: la tecnica utilizzata per la loro sintesi permette di cambiarne i “mattoncini” costituenti (monomeri) e di concerto le loro caratteristiche, al fine di un ottenere un più vasto utilizzo”.

Anche Dmytro Perepichka, professore e titolare della cattedra di chimica alla McGill University, ha posto l’accento sul potenziale di questa ricerca, in corso da molto tempo. “I polimeri coniugati bidimensionali riconfigurabili strutturalmente possono dare una nuova ampiezza alle applicazioni di materiali bidimensionali nell’elettronica”, ha affermato. “Abbiamo iniziato a sognarli più di 15 anni fa. È solo attraverso questa collaborazione quadrilaterale, in tutto il Paese e tra i continenti, che questo sogno è diventato realtà”.

I risultati ottenuti promuoveranno ulteriori studi su una vasta gamma di polimeri bidimensionali con diverse simmetrie reticolari, ottenendo così altre informazioni sulla connessione tra struttura e proprietà. Lo sforzo collaborativo dei ricercatori, testimoniato da una ricerca sempre più interdisciplinare, potrebbe permettere a questi materiali di essere utilizzati sia per le loro proprietà intrinseche sia per la possibilità di unirli ad altri materiali per formare eterostrutture.



Giuseppe Forte