Le promesse del grafene

ll grafene è un materiale costituito da uno strato monoatomico di atomi di carbonio, con uno spessore di un singolo atomo. La desinenza "ene" del nome significa che gli atomi sono disposti in modo da formare esagoni con angoli da 120°, come mostrato in questa immagine.

Foglio di grafene

La grafite è un minerale; conduttore elettrico, ha la più alta temperatura di fusione. Rappresenta uno degli stati allotropici del carbonio (cioè diversa disposizione di atomi). La graffite è quel materiale che viene usato nelle punte nelle matite e, se polverizzato e inserito nella serratura di una porta, funge da lubrificante facilitandone i movimenti fra le parti meccaniche.

I cristalli di grafite vengono trattati con diversi procedimenti chimici, come versare su di essi soluzioni fortemente acide costituite da acidi solforici e nitrici, e successivamente ossidati ed esfoliati (desquamato). Con un ulteriore trattamento le molecole periferiche rimanenti, vengono trasformate nel prodotto finale, un cerchio di grafene.

Le scoperte sul grafene e le sue applicazioni conseguite nel 2004 sono valse il premio Nobel per la fisica 2010 ai due fisici Andre Geim e Konstantin Novoselov dell'Università di Manchester.

Ma veniamo a quello che più ci interessa, quali sono gli impieghi del grafene?

Innanzitutto, questo materiale innovativo è candidato come erede del silicio, utilizzato in vasta gamma nei microprocessori dei computer e in molti altri elettrodomestici.

Informatica

I transistor: fino ad ora si sono raggiunte velocità intorno ai 300 GHz, ma si parla addirittura di velocità molto maggiori raggiungibili in futuro. Questo permetterà la realizzazione di computer infinitamente più veloci degli attuali, e con un cosumo di energia estremamente ridotto.

Pannelli fotovoltaici

Celle solari di nuova generazione, che possono essere stampate e portate in giro anche su una t-shirt. Sembra fantascienza ma non lo è. Secondo un team di scienziati dell’Università di Southern California, utilizzando un nuovo materiale, il grafene, composto strati sottilissimi di carbonio, flessibile e di basso costo, potranno essere create particolari celle "fotovoltaiche organiche".

"Il fotovoltaico organico (OPV ) è formato da cellule usate come un mezzo per ottenere energia a basso costo grazie alla loro facilità di lavorazione , al peso leggero, e la compatibilità con i substrati flessibili ", ha affermato Chongwu Zhou , professore di ingegneria elettrica all'IUSC Viterbi School of Engineering, in un articolo recentemente pubblicato sulla rivista ACS Nano. Il grafene sarebbe dunque il nuovo materiale da usare per costruire cellule fotovoltaiche, visto che è altamente conduttivo, trasparente, e grazie allo spessore infintesimale degli fogli di atomi di carbonio. In realtà però non si tratta di un materiale totalmente sconosciuto. L'esistenza del grafene è nota da decenni, ma solo a partire dal 2004 è stato strudiato in modo più approfondito: la causa di questo ritardo è da ricercarsi nella difficoltà di produzione del materiale in quantità elevate e con una buona qualità.in alta qualità e in quantità.  Il laboratorio di Zhou ha iniziato a produrre su larga scala dei film di grafene circa tre anni fa, creando fogli ultra sottili formati da atomi di carbonio grazie a un particolare processo chimico. Questi fogli di polimeri, le cui dimensioni arrivano fino ai 150 centimetri quadrati , potranno essere usati come substrato per le celle fotovoltaiche organiche in modo da convertire la radiazione solare in energia elettrica. Non solo. Queste celle, secondo gli scienziati, sarebbero inoltre molto più "efficienti" di quelle in silicio in quanto riescirebbero a trasformare i raggi solare in energia elettrica in modo molto maggiore rispetto agli standard tradizionali. Ma non finisce qui. Secondo i ricercatori americani queste nuove celle potranno anche essere stampate e appese come tende in case o addirittura trasformate in tessuto per essere indossate sui vestiti, magari per ricaricare il telefono cellulare mentre si fa jogging al parco.

Fonte: http://www.greenbiz.it/ricerca-a-innovazione/materiali/492-fotovoltaico-dagli-states-una-ricerca-per-le-celle-pret-a-porter-

Elettronica

Un altro degli scenari di applicazione è la creazione di apparecchi elettronici basati sulla fisica quantistica, che potrebbe portare a una rivoluzione completa nella concezione del calcolo elettronico. Nel grafene, gli elettroni si comportano come particelle senza massa che rispondo a regole della fisica dei quanti, in modo analogo a quanto succede solo negli acceleratori di particelle o nel cosmo tra le particelle che viaggiano alla velocità della luce. Un solo atomo di grafene contiene quindi una possibile e probabile rivoluzione digitale. La struttura del materiale lo rende poi indicato per la realizzazione di celle solari di nuova concezione, grazie alla capacità di ricarica in tempi brevissimi, touchscreen ultrasottili trasparenti, oltre a una serie di ipotesi di utilizzo basati sull'impiego della luce. Tra le applicazioni possibili in campo scientifico, si pensa al grafene come membrana di trasmissione nei microscopi elettronici. E naturalmente, considerando resistenza e struttura, il materiale potrebbe trovare applicazione nelle nanotecnologie anche in campo medico.

Fonte: http://www.repubblica.it/tecnologia/2010/10/05/news/grafene_dai_mille_usi_la_nuova_era_del_carbone-7740491/

Sfruttando la struttura perfetta del grafene si potranno anche costruire sensori super sensibili, in grado di assorbire e rilevare tracce atomiche di sostanze tossiche. Grazie alle sue proprietà elettriche uniche, il grafene potrebbe poi tornare utile per lo studio e l’osservazione di fenomeni quantistici, senza dover fare ricorso agli attuali acceleratori di particelle.

Salute e corpo

E per finire, un recente studio condotto presso la Chinese Academy of Sciences di Shanghai ha rilevato effetti antibatterici del Grafene che, essendo facilmente lavorabile in fogli flessibili a basso costo, potrebbe essere usato per produrre nanocarta antibatterica per uso alimentare, per la conservazione e la pulizia dei cibi, ma con possibili impieghi anche nella cura del corpo, ad esempio nella produzione di calzature.

Oltre all'alta conducibilità, il grafene è circa 200 volte più resistente dell'acciaio, una caratteristica che lo avvicina ad un altro parente stretto del carbone, il diamante. In più le molecole del carbonio sono in grado di legarsi facilmente in maniera solidissima, il che potrebbe offrire possibilità di sviluppo per nuovi materiali fortemente resistenti e isolanti.

I costi di produzione del grafene sono elevati, ma sostenibili. Quello che ancora non si sa è in che modi, termini e quantità l'industria sarà in grado di produrre il materiale. La ricerca è già in moto, per superare questo unico ostacolo alla diffusione di massa del nuovo possibile "oro" elettronico.