Il grafene: materiale delle meraviglie

Parole che inizialmente erano usate solo in laboratori scientifici, come per esempio nanotecnologia, nanotubi, oggi sono diventate parole che in qualche modo fanno parte del linguaggio comune. Recentemente, c’è un nuovo termine che è entrato nel nostro linguaggio, ossia il grafene.

graphene-doping26Quando si parla di grafene non si può non parlare di nanotecnologia/e, ossia il trattamento della materia a un livello atomico e molecolare, racchiudendo tutti i processi che coinvolgono la lavorazioni di materiali tra un nanometro (cioè un miliardesimo di metro) e 100 nanometri. Il grafene è un materiale costituito da uno strato monoatomico (tra 0,1 e 0,5 nanometri) di atomi di carbonio, in cui gli atomi si dispongono a formare esagoni regolari con angoli di 120°. Per ottenerlo, bisogna trattare un minerale associato al carbonio (grafite) con una soluzione di acido solforico e nitrico. Quando si usa questo termine si asserisce a un materiale molto sottile e tra i più leggeri che esistano. È incredibilmente denso, trasparente, resistente allo stress (molto di più dell’acciaio), efficiente come conduttore di calore ed elettricità, resistente alla temperatura e alle variazioni del pH. Per ora, le sue applicazioni vanno dall’elettrodinamica alla chimica fisica e organica, ai semiconduttori e alla produzione di schermi, per poi in futuro spaziare in altri settori. Arrotolando i «fogli» di grafene è possibile ottenere delle strutture chiamate nanotubi di carbonio che a loro volta vantano ulteriori proprietà eccezionali, per esempio che sono sottilissimi e molto resistenti. Con questo nuovo materiale è possibile definire e creare particolari strutture come per esempio le buckyball, ossia una sorta di nanotubi che assumono una forma sferica, simile a un pallone da gioco. Tuttavia, combinando fogli di grafene, nanotubi e buckyball è possibile ottenere materiali e strutture che potrebbero rivoluzionare molte delle tecnologie attuali.

La realtà del grafene

Photo-Vincenzo-LombardoAl momento, l’utilizzo commerciale di questo materiale chiamato «materiale delle meraviglie» si scontra con logiche economiche. Si pensi che il costo necessario per produrre un chilogrammo di grafene si calcola nelle decine di migliaia di euro, circa 30-35.000 euro. Il grafene potrebbe avere ripercussioni determinanti, permettendo di rendere tutto il mondo più connesso, più verde e più efficiente ma per ora rimane solo una chimera. Recentemente, l’Unione Europea ha stanziato un miliardo di euro per svilupparlo e studiare le sue peculiarità. La strada è ancora lunga ma la realtà è che questi concetti apriranno la strada a tutte le tecnologie cambiando radicalmente le nostre vite e il mondo in cui viviamo nel corso dei prossimi decenni. Questa rivoluzione è già iniziata, anche se per ora resta confinata alle università e ai centri di ricerca e sviluppo.

Il futuro del grafene

Uno dei campi che potrebbe maggiormente beneficiare dall’applicazione del grafene è quello delle tecnologie verdi. Oggi si parla spesso di Green Technologies, rispetto dell’ambiente, riduzione delle missioni inquinanti, dunque è estremamente importante studiare materiali che rispettino tutti questi requisiti. Si può pensare che con l’impiego di nanotubi sarà possibile creare per esempio dei transistor dotati di una vasta superficie e di una bassa resistenza elettrica; oppure sviluppare materiali molto resistenti e allo stesso tempo leggeri ideali per l’industria aeronautica o per produrre pale eoliche più efficienti (sistemi per energia rinnovabile). Usando il grafene come elettrodo su strutture composte da nanotubi e buckyballs si potranno realizzare pannelli solari interamente in carbonio, eliminando completamente i metalli, e rendendoli più efficienti e facilmente riciclabili. Un primo settore che vedrà le applicazioni commerciali del grafene sarà l’Information Technology (IT). Anche il settore «mobile» potrà beneficare dall’utilizzo del grafene attraverso batterie agli ioni di litio in grado di ricaricarsi molto più rapidamente. Sfruttando alcune particolarità del materiale sarà possibile usarlo anche in campo medico, per creare nuovi strumenti di diagnostica. Per ovviamene potrà essere utilizzato come materiale nei processi tecnologici in quanto più resistente dell’acciaio e più leggero e sottile.

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