Grafene, la rivoluzione della scienza dei materiali

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Il grafene è stato definito come materiale del futuro: multifunzionale e dalle peculiarità uniche, rappresenta una vera e propria rivoluzione nella scienza dei materiali. La sua scoperta è relativamente recente e risale al 2004, ad opera dei fisici russi Andre Konstantinovič Geim – unico scienziato al mondo ad aver vinto sia il Nobel sia l‘igNobel – e Konstantin Novoselov, entrambi ricercatori dell’Università di Manchester. I ricercatori volevano ridurre lo spessore della grafite, creando uno strato quanto più sottile possibile.

Grafene / Storia di una rivoluzione per la scienza dei materiali

L’esperimento ebbe inizio con l’ausilio di uno strumento all’apparenza banale: il nastro adesivo. Con l’aiuto di questo prelevarono polvere di grafite, fino a quando non generarono un sottilissimo strato di atomi di carbonio. Questo foglio finissimo venne chiamato a posteriori “grafene”, per l’appunto. Questa ricerca fece vincere il premio Nobel per la fisica nel 2010 ai due studiosi, scatenando una forte curiosità per il grafene da parte dell’intera comunità scientifica.

Grafene / La rivoluzione della scienza dei materiali: proprietà

Il grafene è un nanomateriale composto unicamente da atomi di carbonio (analogamente alla grafite e al diamante). Il carbonio, a dire il vero, ha diverse forme allotropiche. Questo vuol dire che può esistere in diverse configurazioni. Se esso assume strutture tridimensionali queste sono chiamate diamanti; se invece si costituisce in fogli sottili sovrapposti va a formare la grafite. Nel caso del grafene, il carbonio assume una connotazione davvero peculiare. Infatti, la principale particolarità del grafene rispetto a qualsiasi altro materiale è la sua struttura, poichè gli atomi di carbonio risultano collocati lungo un piano bidimensionale. Stiamo parlando del materiale più sottile al mondo, 200 mila volte di più rispetto allo spessore di un capello.

Grafene, la rivoluzione della scienza dei materiali / Applicazioni pratiche

L’inapprezzabile spessore, equivalente a quello di un solo atomo, e le eccellenti proprietà di conduzione elettrica e termica di questo materiale consentono di prevederne vaste e promettenti applicazioni nel campo dell’elettronica (touchscreen, chip, sensori) e della biomedicina”. Con queste parole l’Enciclopedia Treccani fa riferimento al grafene. Il grafene possiede delle proprietà molto particolari e apprezzate. Si rivela molto resistente alle deformazioni e anche alle variazioni di temperatura.

Inoltre è un semimetallo, per cui ha una struttura elettronica simile a quella dei semiconduttori: gli elettroni possono quindi andare ad alta velocità, percorrendo grandi distanze all’interno del singolo atomo. Un’altra eccezionale caratteristica riguarda la capacità di tollerare una densità di corrente elettrica sei volte superiore rispetto a quella del rame. Estremamente leggero ed anche impermeabile, può anche essere utilmente collocato sulle superfici di altri cristalli, aprendo le possibilità ad una grande varietà di impieghi: la maggior parte di questi, probabilmente, deve addirittura essere ancora compresa. Può anche essere associato a plastica e metallo, aumentandone contemporaneamente resistenza e leggerezza.

Risulta essere un materiale molto funzionale in ambito aerospaziale, delle telecomunicazioni ed edile, ma non solo. Anche nel campo dell’immagazzinamento energetico dà ottimi risultati. Si trova infatti in batterie e supercondensatori con la possibilità di trattenere più energia e avere tempi più veloci di ricarica. E’ anche un’ottima alternativa sostenibile visto l’utilizzo nel fotovoltaico ma anche nel campo dell’interior design, data la sua forte capacità isolante.

Maria Maddalena La Ferla

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