ENERGIA

Ora vi spiego segreti e pregi del “bifenilene”

Piccola “gita” nel mondo del carbonio.

Si aggira tra noi col fare di un Jason Bourne, all’occorrenza tirando fuori dal sacco una nuova identità.

Allo stato solido è più comunemente conosciuto col nome di grafite, diamante, grafene e via dicendo, materiali costituiti da atomi dello stesso elemento, ma strutturalmente differenti e con proprietà chimico-fisiche assai variabili.

Parliamo del carbonio e delle sue molteplici applicazioni che tuttora non smettono di stupire.

Un particolare e funzionale fenomeno del mondo microscopico, l’allotropia, permette al carbonio, e ad altri elementi, di assumere forme e proprietà differenti partendo sempre dalla stessa tipologia di atomi, a seconda delle condizioni di pressione e temperatura al momento della formazione del solido, e di donarci quindi una vasta gamma di materiali che verranno adoperati nei modi più congeniali possibili. 

La grafite, materiale con la più alta temperatura di fusione, adoperata per materiali refrattari, lubrificanti, in reattori nucleari, strutturalmente è costituita da una sequenza di strati a reticoli esagonali.

Il diamante, originato a pressioni elevatissime, oltre che gemma preziosa, vanta svariate applicazioni in campo industriale in virtù della sua durezza, ideale per strumenti di perforazione, taglio e molatura, ma anche in strumenti ottici per la sua resistenza e trasparenza. Strutturalmente la disposizione degli atomi di carbonio è tetraedrica.

Il grafene, materiale sottilissimo, costituito da uno strato monoatomico di atomi di carbonio a disposizione esagonale, gode di resistenza e trasparenza elevatissime (un singolo foglio di grafene, spesso 1 atomo, largo 1 metro quadro, dal peso di 0,7 mg, sarebbe potenzialmente capace di sostenere il peso di un gatto di 4 kg ed essere virtualmente invisibile).  Insomma, un ottimo candidato per l’ingegneria high-tech, ma non l’unico. Nel grafene infatti ogni atomo di carbonio è collegato a tre vicini, formando esagoni disposti in una rete a nido d’ape, eppure studi teorici hanno dimostrato che gli atomi di carbonio possono anche disporsi in altri modelli di reti piatte, sempre mantenendo i legami con tre atomi vicini, ma nessuna di queste reti previste era stata realizzata fino ad ora.

I ricercatori dell’Università di Marburg in Germania e dell’Università di Aalto in Finlandia hanno scoperto una nuova rete di carbonio, atomicamente sottile come il grafene, ma composta da quadrati, esagoni e ottagoni in un reticolo ordinato. Hanno confermato la struttura unica della rete utilizzando la microscopia a scansione di sonda ad alta risoluzione e rivelato che le sue proprietà elettroniche sono molto diverse da quelle del grafene.

A differenza del grafene, e di altre forme di carbonio, la nuova rete di bifenilene, anche chiamato biphenylene network, da non confondere con l’idrocarburo policiclico, ha proprietà metalliche. Strisce strette della rete, con solo 21 atomi, si comportano già come un metallo, mentre il grafene a queste dimensioni, tende a comportarsi da semiconduttore.

“Queste strisce potrebbero essere utilizzate come fili conduttori in futuri dispositivi elettronici a base di carbonio” ha affermato il professor Michael Gottfried, dell’Università di Marburg, che guida il team che ha sviluppato l’idea, mentre l’autore principale dello studio, Qitang Fan, così continua: “Questa nuova rete di carbonio può anche fungere da materiale anodico superiore nelle batterie agli ioni di litio, con una capacità di stoccaggio del litio maggiore rispetto a quella degli attuali materiali a base di grafene”.

Al momento i team si stanno focalizzando sul produrre fogli più grandi del materiale, in modo che il suo potenziale applicativo possa essere ulteriormente esplorato, fiduciosi che questo nuovo metodo di sintesi porterà alla scoperta di altre nuove reti di carbonio.

Nell’immagine la nuova rete di carbonio: la parte superiore mostra schematicamente i legami carbonio-carbonio che formano quadrati, esagoni e ottagoni; la parte inferiore mostra la reale immagine ottenuta con la microscopia.

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