Il GRAFENE – che cosa è, caratteristiche e campi di applicazione

I metalli hanno determinato e continuano a determinare il corso della nostra storia dal loro avvento, prima con il bronzo, poi del ferro, più recentemente con la scoperta dell’alluminio nel XIX secolo ed in epoca recente con quella dei semiconduttori.

Questi materiali non solo ci hanno permesso un notevole sviluppo tecnologico, ma hanno anche determinato il corso geopolitico della nostra storia attraverso il prevalere di alcune nazioni su tutte le altre.

Negli ultimi anni si affaccia alla ribalta un nuovo “supermateriale” destinato, così sembra, a caratterizzare il secolo in corso: il grafene.

Fu scoperto per puro caso nel 2004 in un laboratorio dell’università di Manchester da due scienziati russi emigrati nel Regno Unito, Andre Geim e Konstantin Novoselov.

L’obiettivo dei futuri premi Nobel in fisica del 2010 era quello di ottenere uno strato di grafite più sottile possibile. Forniti di nastro adesivo e di tanta pazienza, attaccando e staccando due pezzi di scotch, ottenevano strati di grafite sempre più sottile. Trasferendoli poi su un foglio di silicio riuscirono a rimanere con uno strato di carbonio monoatomico, il grafene, prima di allora ritenuto impossibile.

La sua composizione à molto semplice, costituita unicamente da atomi di carbonio come grafite e diamante, ma da cui si distingue per la peculiarità relativa alla struttura: gli atomi di carbonio sono disposti, diversamente dai “parenti” succitati, lungo un piano bidimensionale e legati tra loro da innumerevoli celle esagonali in una classica struttura a nido d’ape.

Questa struttura atomica gli conferisce straordinarie proprietà tecniche:

  • resistenza meccanica elevata, più di 100 volte quella dell’acciaio;Il GRAFENE – che cosa è, caratteristiche e campi di applicazione
  • proprietà elettro-conduttive e termo-conduttive superiori a quella del rame;
  • resistenza molto elevata alla compressione;
  • rapporto tra superficie e peso eccezionalmente alta (un foglio del peso di un grammo copre una superficie pari a quella di un campo da calcio);
  • totalmente impermeabile;
  • completamente flessibile;
  • può essere reso otticamente trasparente;
  • biodegradabile.

Insomma, una serie di caratteristiche presenti in altri materiali, ma che in questo caso sono condensate in uno solo.

Tra i molteplici campi di potenziale applicazione in corso di studio, menzioniamo:

  • batterie;
  • transistor;
  • chip per computer;
  • generazione di energia;
  • supercondensatori;
  • sequenziamento del DNA;
  • filtri per l’acqua (es. la desalinizzazione delle acque);
  • antenne;
  • touchscreen (per display LCD o OLED );
  • celle solari;
  • prodotti correlati alla spintronica.

Tra i prodotti già disponibili sul mercato ricordiamo in ambito sportivo racchette, sci, biciclette, ruote degli pneumatici, caschi per ciclismo e moto, sensori elettronici nel settore IoT (Internet of Things) e in quello dell’elettronica in generale, dispositivi medici in ambito nanomedicale, l’audiovisivo (cuffie, auricolari), ecc..

Anche l’Unione Europea non è stata a guardare e, con un finanziamento di un miliardo di Euro, nel 2013 ha istituito il Graphene Flagship, una iniziativa di ricerca scientifica che mette insieme le competenze di circa 170 partner accademici ed industriali di 22 Paesi con l’obiettivo di contribuire significativamente allo sviluppo e all’innovazione volto a fare dell’Europa un degno competitor nel mercato globale anche in questo ambito.

Carlo Caloisi

 

FONTI ED APPROFONDIMENTI

  1. What is Graphene?: https://www.graphene-info.com/graphene-introduction ;
  2. Grafene: cos’è e come cambierà il futuro: https://www.focus.it/tecnologia/innovazione/tra-scienza-e-tecnologia-grafene-e-futuro ;
  3. La scoperta: https://grafene.cnr.it/il-grafene-proprieta-e-applicazioni/la-scoperta/ ;
  4. Nuovi materiali: il potere del grafene: https://www.startupbusiness.it/nuovi-materiali-il-potere-del-grafene-spiegato-da-bedimensional/98749/ ;
  5. Prodotti al grafene: introduzione e stato di mercato: https://www.graphene-info.com/graphene-products ;
  6. Europe’s investment in graphene: https://cordis.europa.eu/article/id/124617-europes-investment-in-graphene/it ;
  7. Graphene Flagship: https://graphene-flagship.eu/ ;
  8. Internet of Things: https://www.tiaformazione.org/internet-of-things-iot/

 

VIDEO

  1. GRAFENE – materiale del futuro: https://www.youtube.com/watch?v=7xDUOqecmRM&ab_channel=Geopop

 

IMMAGINI (in ordine sequenziale)

  1. vectorjuice on Freepik ;
  2. seagulda Pixabay ;
  3. Dean Simoneda Pixabay ;
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