Il grafene, materiale duro ma allo stesso tempo flessibile e ricco di proprietà

Andiamo alla scoperta del grafene, che cos’è questo materiale scoperto solo negli ultimi anni, quali sono le sue applicazioni e le più importanti proprietà.

Che cos’è il grafene?

Il grafene è una molecola bidimensionale ultrapiatta ricavato in laboratorio dalla grafite; è stato scoperto nel 2004 da Andre Geim e Kostya Novoselov, professori dell’Università di Manchester e Nobel per la Fisica nel 2010.

Per riuscire ad ottenere questo materiale, i due scienziati hanno dovuto separare strati e strati di grafite con uno speciale adesivo, fino ad arrivare al punto in cui hanno ottenuto un solo strato monoatomico.

Si tratta di un materiale costituito da un singolo strato di atomi di carbonio, legati in un pattern a forma di esagono, quindi, in sostanza, è un “foglio” di carbonio.

La sua unicità gli ha, a pieno diritto, conferito il soprannome di “materiale delle meraviglie”.

Le proprietà del grafene

Un materiale così unico e difficile da identificare, non poteva che presentare caratteristiche incredibili, eccone alcune:

  • un milione di volte più sottile della carta
  • 100-300 volte più resistente dell’acciaio
  • duro come il diamante
  • flessibile come la plastica
  • possiede una elevata conducibilità termica ed elettrica
  • trasparente (assorbe solo circa il 2% della luce)
  • molto leggero.

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Le applicazioni del Grafene

Le applicazioni del materiale delle meraviglie sono tantissime, e continuano ad aggiungersi altri studi in diversi ambiti. Dalla medicina, all’energia, passando dall’aeronautica e anche l’edilizia…

Il grafene nel campo dell’energia

Batterie, pannelli solari e fuel cells sono alcuni dei migliori impieghi del grafene.

Attualmente, le batterie agli ioni di litio (utilizzate in quasi tutti i telefoni e pc) sono formate da elettrodi in grafite. Durante la carica, gli ioni di litio penetrano negli strati di grafite, dove vengono immagazzinati. Col tempo, però, la grafite si distrugge, e la batteria finisce per non avere più durata.

Al contrario, il grafene ha una superficie molto più elevata, oltre che maggiore conducibilità elettrica; questi due fattori, permettono di creare delle batterie dalla durata lunghissima, oppure potenti, per auto ibride.

Si sta lavorando per l’utilizzo del grafene nel campo delle energie alternative, ma vanno ridotti i costi per sfruttare nel modo migliore e più economico le potenzialità di questo materiale.

Grafene
Struttura del Grafene

Il grafene nell’aeronautica

Nella realizzazione di aerei ed elicotteri il grafene si è dimostrato un materiale eccezionale, dato soprattutto il suo peso: si realizzano così dei mezzi ultra leggeri ma altamente resistenti.

Anche in ambito spaziale si sta sperimentando il suo utilizzo in condizioni di microgravità, per sviluppare dei sistemi di raffreddamento per i satelliti. Tra le migliori innovazioni, molte agenzie governative stanno cercando di sfruttarlo per creare delle vele solari (per coprire infinite distanze) oppure dei cavi per ascensori spaziali.

Nella medicina

Soprattutto in ambito medico il grafene dimostra di essere un materiale dai molteplici utilizzi. Tra queste applicazioni, l’Università Cattolica del Sacro Cuore ha scoperto che, inserito in gel e liquidi può disinfettare contro diversi batteri.

Inoltre, nell’università del Texas i ricercatori hanno creato dei “tatuaggi al grafene” capaci di monitorare il livello di idratazione o i battiti cardiaci del paziente.

Altre applicazioni

  • il campo dell’elettronica flessibile (inchiostri conduttivi, touch screen pieghevoli)
  • i materiali nanocompositi (in cui il grafene è utilizzato e studiato in pneumatici, caschi, racchette da tennis, scarpe, scarponi da sci, tessuti che mantengono il calore corporeo, componenti per il settore aerospaziale, materiali per isolamento termico e di ritardo alla fiamma).
  • per le comunicazioni ad alta velocità

In merito al suo utilizzo, molto dipenderà dall’evoluzione e dalla maturazione dei metodi di produzione, perché il grafene potrà sostituire altri materiali esistenti solo se le sue effettive proprietà saranno tali da giustificare il costo (spesso molto elevato) richiesto per un cambiamento nel processo di produzione.

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