Arriva il pentagrafene, ma per ora è solo una simulazione

Da una collaborazione tra ricercatori della Virginia Commonwealth University e della Peking University è nato il pentagrafene, una versione bidimensionale del carbonio caratterizzata - come il nome stesso suggerisce - da una struttura pentagonale.

In realtà si tratta di una "nascita teorica", in quanto la nuova struttura è stata per ora solamente simulata al computer con un programma di modellazione molecolare: i dati ottenuti sono però molto promettenti in quanto il nuovo materiale sembra avere caratteristiche e proprietà superiori a quelle del grafene "tradizionale".

Puru Jena, professore distinto per il Dipartimento di Fisica presso il College of Humanities and Sciences della VCU, ha commentato: "Le più importanti forme di carbonio scoperte recentemente sono i fullereni (di cui fanno parte i nanotubi di carbonio) ed il grafene. Ciascuno di essi ha una struttura unica. Anche il pentagrafene sarà unico nel suo genere".

Gli allotropi noti del carbonio, tra cui i già citati nanotubi e il grafene, sono accomunati da una struttura di base a celle esagonali: in altri termini i singoli atomi di carbonio sono disposti secondo un reticolo cristallino a "nido d'ape", vincolati gli uni agli altri con legami di 120 gradi di ampiezza. Nella realtà questa struttura esagonale è talvolta intervallata, di quando in quando, da motivi pentagonali.

I ricercatori, partendo da questi difetti e da un'ispirazione regalata dall'osservazione di un quadro che riproduceva i motivi pentagonali della pavimentazione delle strade del Cairo, hanno provato ad ideare una struttura bidimensionale di atomi di carbonio disposti secondo un reticolo interamente pentagonale. Sottoponendo questa struttura alle simulazioni del computer, i ricercatori hanno ottenuto risultati molto interessanti: il pentagrafene avrebbe infatti una elevata stabilità meccanica, termica e dinamica oltre a comportarsi come semiconduttore.

Spiega Jena: "Se si prende un foglio di grafene e lo si arrotola, si ottiene un nanotubo di carbonio che può comportarsi da conduttore o semiconduttore a seconda di determinate condizioni. Un nanotubo di pentagrafene si comporta invece sempre da semiconduttore".

Le simulazioni hanno indicato che il pentagrafene può resistere a temperature fino a 1000K e mostrare proprietà meccaniche piuttosto interessanti: "Se sottoponi il grafene a trazione, si espande lungo la direzione in cui viene tirato e si contrae lungo la direzione perpendicolare. Se invece sottoponi il pentagrafene a trazione, esso si espande in entrambe le direzioni". Il pentagrafene è quindi caratterizzato da un coefficiente di Poisson negativo, che potrebbe avere risvolti interessanti in campo tecnologico.

Come detto, si tratta per ora di un materiale teorico: il prossimo passo che i ricercatori cercheranno di compiere è la sintetizzazione di un reticolo di pentagrafene. Commenta Jena: "Una volta realizzato, sarà molto stabile. La domanda è: come si fa? Nella nostra pubblicazione abbiamo avanzato qualche idea, per ora il progetto è solo teorico. Si basa su modellazione computazionale, ma crediamo fortemente in queste previsioni. Una volta che sarà realizzato potrà aprire una nuova strada nella scienza del carbonio. Il carbonio bidimensionale costituito completamente da pentagoni è qualcosa di mai conosciuto prima d'ora".