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NUOVI MATERIALI/ Non c’e solo il grafene nel regno (in espansione) di Flatlandia

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Reticolo esagonale del silicene  Reticolo esagonale del silicene

Il paese di Flatlandia, nato dalla fantasia matematica di Edwin Abbott, è abitato da figure che mancano totalmente della terza dimensione: sono tutte schiacciate sul piano e mancano di spessore e tanto meno di volume. Oggi, grazie alle nanotecnologie, gli oggetti bidimensionali stanno entrando anche nella nostra realtà, offrendo spunti interessanti di natura fondamentale e possibili applicazioni in diversi settori.

La riduzione delle dimensioni dei materiali, in particolare il silicio, che ha caratterizzato una delle rivoluzioni industriali più importanti e peculiari dell’era moderna, quella della microelettronica, ci ha condotto a dispositivi per il processo e l’immagazzinamento dell’informazione, grandi qualche decina di miliardesimi di metro. La ricerca scientifica si è spinta verso nanostrutture quali i punti quantici, i nanofili, i nanotubi in cui due o tre dimensioni sono ridotte, o meglio confinate. I punti quantici hanno dimensionalità zero, essendo piccole sferette confinate in tutte e tre le direzioni. I nanofili hanno dimensionalià 1 dato che sono confinati in due direzioni, mentre resta macroscopica la direzione lungo l’asse del filo.

I materiali bidimensionali sono la nuova frontiera. Si tratta di materiali in forma di strati di spessore atomico in cui il confinamento è in una direzione soltanto. Nel caso in cui questi materiali esistano in una forma tridimensionale, costituiti quindi dalla sovrapposizione di molti strati atomici, le forze che tengono uniti gli atomi nel piano sono di natura diversa rispetto a quelle, dette di Van der Waals, più deboli, che tengono uniti i vari strati atomici. L’esempio più noto è legato al carbonio: la grafite è composta da strati atomici sovrapposti che si possono staccare con facilità, esperimento che effettuiamo spesso scrivendo con una matita e lasciando sul foglio atomi di carbonio a seguito di una leggera pressione.

Il grafene è il singolo strato atomico che si può esfoliare ed utilizzare. Le proprità chimico-fisiche del carbonio ci hanno fornito poi altre strutture particolari basate su tale materiale: i nanotubi, il fulerene. I materiali bidimensionali sono una famiglia in forte espansione e non solo limitati al più noto grafene. Singoli strati atomici possono essere ricavati, mediante esfoliazione, da materiali che, nella forma tridimensionale troviamo in natura quali il nitruro di boro (BN), i dicalcogenuri dei metalli di transizione (TMDC: MX2 dove M=Mo, W, Ni, Hf... e X= S, Se, Te), o mediante tecniche di deposizione particolari utilizzando materiali che non esistono in natura con la particolare struttura bidimensionale, ad esempio il silicene, il germanene, lo stanene, analoghi del grafene, ma realizzati con atomi di silicio, germanio, stagno rispettivamente.



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