Sintesi e caratterizzazione di multistrati di grafene

Abstract

Il tirocinio è stato svolto presso il Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale, nei laboratori dei professori Mauro Giovannini e Antonio Comite, focalizzati sulla sintesi e applicazione di materiali bidimensionali come i multistrati di grafene (MLG). Questi ultimi, ottenuti sovrapponendo strati di grafene, possiedono proprietà elettriche, termiche e strutturali superiori rispetto al singolo strato, rendendoli utili in ambiti come elettronica, optoelettronica e circuiti. Il gruppo di ricerca ha esplorato l'uso degli MLG come substrati ad alta conducibilità termica per il raffreddamento di bersagli in esperimenti nucleari del progetto NUMEN e per la separazione di gas, sfruttando la loro struttura come barriera selettiva.

Il tirocinio ha avuto l’obiettivo di sintetizzare MLG attraverso tre tecniche: produzione di film di grafene da dispersione di e-grafene (flakes ottenuti elettroliticamente), riduzione di ossido di grafene con agenti chimici, e carbonizzazione del polimero Kapton. La caratterizzazione dei MLG è stata effettuata tramite microscopio ottico ed elettronico, diffrazione ai raggi X, spettroscopia IR e Raman, per ottenere informazioni su qualità, microstruttura e morfologia.

L’obiettivo finale è stato comprendere il comportamento e il funzionamento dei MLG, integrando sintesi e caratterizzazione. Le prospettive future mirano a ottimizzare i processi e progettare nuovi MLG con una struttura ordinata, alta resistenza meccanica e sensibilità, per adattarsi a diverse applicazioni.

The internship took place at the Department of Chemistry and Industrial Chemistry, in the laboratories of Professors Mauro Giovannini and Antonio Comite, focusing on the synthesis and application of two-dimensional materials such as multilayer graphene (MLG). These materials, formed by stacking graphene layers, possess superior electrical, thermal, and structural properties compared to single-layer graphene, making them valuable for applications in electronics, optoelectronics, and circuits. The research group explored the use of MLG as high thermal conductivity substrates for cooling targets bombarded by high-intensity ion beams in nuclear experiments under the NUMEN project, as well as for gas separation, leveraging their structure as a selective barrier.

The internship aimed to synthesize MLG using three techniques: producing graphene films from a dispersion of e-graphene (flakes obtained electrolytically), reducing graphene oxide layers with chemical agents, and carbonizing the polymer Kapton. The characterization of MLG was conducted using optical and electron microscopy, X-ray diffraction, IR spectroscopy, and Raman spectroscopy, to gather information on the quality, microstructure, and morphology.

The final goal was to understand the behavior and functionality of MLG by integrating synthesis and characterization methods. Future prospects focus on optimizing these processes and designing new MLG with an ordered structure, high mechanical strength, and sensitivity to suit a wide range of applications.