Riassunto:
Un gruppo di ricerca dell'Università di Göteborg in Svezia ha annunciato di aver preparato con successo per la prima volta un nuovo allotropo del carbonio, Diamondiyne, che in precedenza era solo un modello teorico. Questa svolta significa che dopo il diamante, la grafite, il fullerene, i nanotubi di carbonio e il grafene si aggiunge un nuovo membro della famiglia del carbonio.
Il carbonio è noto per i suoi metodi di legame ricchi e diversificati, che gli consentono di formare una varietà di strutture con proprietà molto diverse. Tra questi, il diamante è noto per la sua durezza estremamente elevata, mentre la grafite è morbida e conduttiva grazie alla sua struttura a strati. Per decenni gli scienziati hanno scoperto nuove strutture di carbonio e Diamondiyne è l'ultima ad essere realizzata con successo.
In effetti, l'esistenza di Diamondiyne fu prevista per la prima volta dai chimici teorici 35 anni fa. Tuttavia, a causa della sua struttura complessa e delle dure condizioni di formazione, non è stato confermato negli esperimenti, quindi è stato a lungo considerato un materiale che esiste solo nei calcoli teorici.
La ricerca è stata guidata da Karl Boyeson, professore di chimica fisica all'Università di Göteborg. Il gruppo di ricerca ha infine costruito una nuova struttura cristallina tridimensionale collegando gli atomi di carbonio tra loro con tre legami. La struttura è costituita da un gran numero di unità tetraedriche collegate tra loro da vertici, formando una rete regolare nello spazio tridimensionale.
Rispetto al diamante tradizionale, la caratteristica più importante di Diamondiyne è l'esistenza di vuoti naturali al suo interno. I ricercatori hanno affermato che la struttura potrebbe essere intesa come un “diamante poroso”. Poiché tra i tetraedri sono presenti dei pori, il materiale ha evidenti caratteristiche porose.
Ancora più importante, la produzione di Diamondiyne non richiede l'ambiente ad alta pressione estrema richiesto dalla formazione dei diamanti naturali. Il gruppo di ricerca ha utilizzato apparecchiature sperimentali relativamente economiche per generare una pellicola estremamente sottile sull'interfaccia formata dal contatto tra i due liquidi e ha indotto con successo gli atomi di carbonio a disporsi nel modo desiderato.
Per verificare l'autenticità della struttura, i ricercatori hanno collaborato con scienziati dell'Università di Stoccolma e della Chalmers University of Technology per analizzare il materiale utilizzando microscopi elettronici avanzati. I risultati dell'osservazione mostrano che in alcune aree della superficie della pellicola si è formata una struttura reticolare ripetitiva altamente coerente con il modello teorico.
Il gruppo di ricerca ha dichiarato di aver osservato con successo l'esclusivo modello di disposizione ripetitiva di Diamondiyne in un'area minuscola con una lunghezza del lato di circa 10 nanometri. Sebbene la scala sia ancora molto limitata, le immagini ottenute sono altamente coerenti con le previsioni teoriche, fornendo una forte prova dell’esistenza di questo nuovo materiale.
Boyerson ha affermato che questo risultato è stato ottenuto a fatica. Poiché ci sono molti fattori incerti nel processo di assemblaggio degli atomi di carbonio che potrebbero portare al fallimento, il team ha attraversato un lungo periodo di esplorazione prima di trovare finalmente il metodo di preparazione corretto. Ha ammesso di essersi sentito molto gratificato nel poter vedere con i suoi occhi questa struttura teorica diventare realtà.
Questa ricerca in realtà deriva dalla ricerca a lungo termine del team sui materiali della struttura organica covalente. Negli ultimi anni, i materiali porosi sono diventati un’importante direzione di ricerca nella scienza dei materiali. Le strutture metallo-organiche (MOF) riconosciute dal Premio Nobel per la Chimica 2025 sono risultati importanti in questo campo e Diamondiyne ha dimostrato nuove possibilità per materiali porosi composti interamente da carbonio.
Gli scienziati ritengono che, sebbene ci sia ancora molta strada da fare prima della produzione di massa e dell'applicazione pratica, l'esclusiva struttura porosa tridimensionale di Diamondiyne ne consente l'utilizzo in futuro in campi quali lo stoccaggio di energia, le batterie, l'elettrocatalisi, lo stoccaggio del gas e i materiali elettronici avanzati.
Dal diamante al grafene e ora, per la prima volta, a Diamondiyne, il carbonio continua a dimostrare una straordinaria creatività strutturale. I ricercatori ritengono che questo risultato non solo confermi previsioni teoriche di vecchia data, ma apra anche nuove direzioni di ricerca per lo sviluppo di nuovi materiali funzionali.
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