Una tecnica per produrre grafene a livello industriale

Foglio di grafene (Immagine cortesia Christine Daniloff, MIT)
Foglio di grafene (Immagine cortesia Christine Daniloff, MIT)

Un articolo pubblicato sulla rivista “Applied Materials and Interfaces” descrive un processo scalabile per produrre fogli di grafene in maniera relativamente economica e anche rapida, con velocità di 5 centimetri al minuto. Un team di ricercatori del MIT ha applicato una tecnica basata sulla deposizione chimica da vapore per sintetizzare grafene di qualità elevata uniforme. Questo processo permette di creare grafene dotato di nanopori, microscopici buchi delle dimensioni desiderate per usarlo come filtro.

Nel corso degli anni, varie ricerche hanno proposto una serie di tecniche di produzione di grafene. La qualità del prodotto è la prima priorità perché se essa è bassa il grafene non avrà le caratteristiche desiderate e quindi non potrà essere utilizzato nei vari campi in cui sono da tempo annunciate possibilità rivoluzionarie.

Il successivo problema è quello della produzione industriale del grafene. In laboratorio è possibile produrre molte cose in modo lento e a costi elevati ma nel momento in cui i ricercatori tentano di applicare i loro risultati a una produzione di massa cominciano a emergere problemi. Fin troppo spesso, l’applicazione di quelle tecniche a livello industriale richiede anni.

Il team che include vari ricercatori che all’epoca erano al MIT diretti dal professor John Hart ha cercato di creare un sistema di produzione del grafene che assicurasse una qualità elevata al prodotto ma fosse fin dall’inizio basata su processi applicabili a livello industriale. La deposizione chimica da vapore è una tecnica già ampiamente utilizzata anche per produrre materiali basati sul carbonio tra cui il grafene.

Nella tecnica già usata in alcune varianti, si parte da mix a bassa pressione di idrogeno, metano e in certi casi di altri elementi. Passando il gas sopra un foglio di rame esso agisce come catalizzatore strappando l’idrogeno dal metano lasciando puro carbonio che si attacca alla superficie e si allinea perfettamente con altri atomi di carbonio per formare puro grafene.

La nuova tecnica usa un foglio di rame ma esso viene srotolato e inviato in una piccola fornace attraverso un paio di tubi. Nel primo tubo, il foglio viene scaldato a una temperatura adatta per far depositare il grafene. Nel secondo tubo, un mix di metano e gas di idrogeno viene pompato sopra il rame. A quel punto, il grafene comincia a formarsi in piccole aree che crescono fino a formare un foglio continuo.

Quando il foglio di rame emerge dalla fornace, è completamente coperto da uno strato di grafene e a quel punto viene arrotolato su una bobina. A quel punto il professor John Hart e i suoi collaboratori tagliano il foglio in campioni e mettono una rete sopra lo strato di grafene prima di togliere il rame. La rete è composta da un polimero con protuberanze più larghe dei nanopori del grafene e ciò ne aumenta la stabilità e mantiene i nanopori aperti.

Il grafene è spesso associato a promesse di una nuova generazione di apparecchiature elettroniche ma il team del professor John Hart si è concentrato sulle sue proprietà di filtraggio. Ad esempio, nel marzo 2015 un articolo pubblicato sulla rivista “Nature Nanotechnology” descriveva una ricerca su una nuova tecnica di desalinizzazione dell’acqua di mare utilizzando una membrana porosa fatta di grafene. Al MIT sono stati condotti test di filtraggio usando soluzioni contenenti vari composti.

Vari esperimenti condotti nel corso degli ultimi anni hanno mostrato ottimi risultati nella purificazione di acqua inquinata usando membrane di grafene ma anche in questo caso il problema è nei costi. La tecnica sviluppata dal team del professor John Hart mira ad abbassarli notevolmente con una produzione di massa. Per ottenere quel risultato, lui e i suoi collaboratori intendono perfezionare la loro tecnica per poter creare un macchinario industriale che produca il grafene in maniera continua.

Negli ultimi anni ci sono stati vari casi in cui è sembrato che la produzione del grafene potesse fare un passo decisivo per poter adottare questo materiale in vari campi sulla vasta scala promessa da tempo. Questa ricerca aveva proprio lo scopo di creare un processo di produzione a livello industriale perciò potrebbe essere la tecnica tanto attesa.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *