Grafene, un materiale per il futuro

Già da tempo si parla di Grafene, ma ora sembra che qualcosa si stia muovendo per davvero.

A 10 anni dalla scoperta di questo materiale rivoluzionario ad opera dei due ricercatori russi (Andre Geim e Kostya Novoselov, per la quale gli è valso il Nobel nel 2010), il Grafene è ancora l’ unico materiale a due sole dimensioni, il più sottile mai creato (oltre ad essere il più resistente) e ottenibile dallo stesso materiale di cui è fatta una punta di matita, la grafite.

Ma come i due ricercatori ottennero questi strati sottilissimi di Grafene?

Presero un blocco di grafite e usarono un nastro adesivo per staccare dei piccoli frammenti del minerale. Ripetendo     l’operazione molte volte sugli stessi frammenti e premendo il nastro adesivo su un substrato di silicio, si riuscì ad ottenere strati sottilissimi, alcuni dei quali, esaminati con una soluzione di acido solforico e nitrico, mostrarono uno spessore di un solo atomo, ovvero le stesse dimensioni che otterremo se dividessimo la sezione di un capello in 10.000 parti. 

A cosa serve il Grafene ?

“Non lo so. E’ come presentare un pezzo di plastica a un uomo di un secolo fa e chiedergli cosa ci si può fare. Un po’ di tutto, penso“

Andre Geim

Queste sono alcune delle innumerevoli proprietà del grafene, alle quali si aggiungono:

• Resistenza meccanica 50 volte superiore a quella dell’ acciaio;
• Più del doppio della conducibilità termica del diamante;
• Densità pari alla metà dell’ alluminio e così denso che nemmeno l’ elio, il più piccolo gas atomico, può attraversarlo;
• Elevata arrendevolezza, ovvero la capacità di lasciarsi plasmare a piacimento per ogni uso senza rischiare di romperlo;
• Resistente alla temperatura e alle variazioni del PH.

Alcuni dei campi di applicazione di questo materiale…

• Il “Massachussets Institute of Technology” negli Stati Uniti ha effettuato un esperimento di osmosi inversa con il grafene, arrivando ad ottimi risultati. La struttura molecolare del grafene consente di creare dei fori di qualsiasi dimensione sulla sua superficie e per questo motivo è stato possibile far passare l’ acqua pura da una parte e i sali dall’ altra. Non c’ è nulla di nuovo in questo esperimento, solo che con l’ utilizzo di questo materiale sarà possibile avere a disposizione equipaggiamenti molto più piccoli, un costo energetico pari praticamente a zero del filtraggio dell’acqua e la potabilizzazione.

• La combinazione delle sue proprietà meccaniche con quelle elettriche ne consente l’impiego nell’elettronica flessibile e pieghevole, con la creazione di dispositivi che si ripiegano su se stessi, che si possono arrotolare o mettere al polso. Gli elettroni riescono a viaggiare in questo materiale con una velocità prossima a quella della luce, rendendolo così il sostituto del rame nei nostri computer. Proprio su questa via, INTEL e IBM stanno studiando delle soluzioni per risolvere il problema legato alle tecnologie in silicio che, pur essendo superiori a qualsiasi altra, producono una quantità di calore elevatissima. Il grafene, perciò, per le sue proprietà termiche straordinarie potrebbe risolvere questi problemi. Inoltre, l’eccezionale mobilità delle cariche, accompagnata da opportune soluzioni architetturali, potrebbe permettere la realizzazione di transistori a bassissimo consumo per applicazioni portatili come telefoni cellulari o palmari, che potrebbero essere ricaricati una volta al mese, invece che ad intervalli di qualche giorno, oltre al fatto che le batterie dei cellulari saranno in grado di ricaricarsi molto più rapidamente (si stima intorno ai 15 minuti).

• Nuovi pannelli solari, più leggeri e biocompatibili saranno interamente in carbonio. Si elimineranno così i più fragili e costosi fatti con ossidi di Indio-Stagno, materiale che si trova con sempre maggiore difficoltà nel nostro pianeta. Saranno inoltre più efficienti, facili a riciclare e costituiti da due celle fotovoltaiche inserite tra due strati di grafene. La luce attraversa gli strati di grafene e colpisce la cellula fotovoltaica, con il risultato di generare elettricità che è poi trasportata dal grafene.

• Si spazia poi dal settore aereo (velivoli leggerissimi che quindi consumano poco carburante) a quello sportivo.

Quali sono i costi?
L’ interesse a livello internazionale è troppo grande, tanto che l’ Unione Europea ha finanziato con un miliardo di euro un progetto per portarlo sul mercato.
Sono state sviluppate varie tecniche di produzione del grafene, ma al momento non c’è nessun metodo efficace e poco costoso per ottenere grandi fogli. Si stima infatti che il costo per produrre un chilogrammo di grafene siano intorno ai 30-35.000 euro.