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Un aerogel di grafene è così leggero da essere sostenuto da un fiore.
(Immagini riprese da Liscio, 2013) |
| Grafene da un miliardo di euro!!! |
Cari ragazzi ecco l'approfondimento che avevo promesso agli indimenticabili di Casacastalda
(anni scolastici 2011-2013) e che dedico a loro e ai piccoli chimici della 2aC della scuola "Bernardino di
Betto" di Perugia che si sono piacevolmente entusiasmati di fronte all'acido acetico e al
bicarbonato di sodio!!!
L'Unione Europea ha stanziato un miliardo di euro per progetti riguardanti il grafene.
A lezione vi ho detto di tenere a mente il grafene per il vostro
futuro e non scherzavo. Ora cerchiamo di capire cos'è e perché tutto il mondo scientifico ne è diventato pazzo.
Nel 2010 il Nobel per la fisica è stato assegnato ad Andrej Geim e Konstantin Novoselov perché con una matita e del nastro adesivo hanno fatto
una delle scoperte più importanti degli ultimi decenni.
Si chiama grafene è un materiale bidimensionale (2D) costituito da un singolo strato di atomi di carbonio, disposti a formare esagoni regolari.
Geim e Novoselov hanno ottenuto questo foglio, dello spessore di un solo atomo, passando più volte il nastro adesivo sulla comune grafite. Poi lo hanno
osservato al microscopio ottico.
Voi ragazzi, che giocate sempre con lo scotch e le matite, non dimenticate che potevate vincere il premio Nobel!
Il grafene si è dimostrato un materiale con caratteristiche molto interessanti: è 100 volte più resistente del diamante, ottimo conduttore
di elettricità e calore, non facilmente alterabile, ha proprietà elettroniche migliori del silicio (usato per i microcircuiti dei computer),
è leggero, ma densissimo, trasparente, duttile ed è il materiale più sottile esistente in natura.
Serve altro per convincervi che sarà il materiale del futuro?
Dal 2010 ogni anno sono stati pubblicati più di 10000 articoli scientifici sul grafene (più di uno all'ora!!!) e la comunità scientifica mondiale sta
investendo molto su questo nuovo materiale. Perché?
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Un aerogel di grafene è così leggero da essere sostenuto da un fiore.
(Immagini riprese da Liscio, 2013) |
Nei materiali conduttori gli elettroni di conduzione viaggiano a circa 1000 km/s, nel grafene si muovono come se non avessero massa, raggiungendo velocità vicine a quella della luce (300000 km/s) e conferendo così a questo materiale delle proprietà elettriche e meccaniche straordinarie. La ricerca di base sul grafene, condotta prevalentemente da fisici, si sta, sempre più, convertendo in ricerca applicata interdisciplinare. Così dai medici agli ingegneri, tutti sono concentrati nello studio delle molteplici applicazioni del grafene dalla sua biocompatibilità al suo utilizzo per costruire dispositivi elettronici di nuova generazione. Facciamo qualche esempio. Il grafene è ideale per i rivestimenti. E' infatti così sottile che potrebbe proteggere i metalli dalla corrosione e dall'ossidazione. Potrebbe essere usato per schermi flessibili in dispositivi touch-screen, rendendoli ancora più sottili e sostituendo l'ossido di indio, attualmente utilizzato, costoso, non facilmente reperibile e in esaurimento. Il grafene sembra altamente biocompatibile ed è sperimentato come substrato per far crescere le cellule ossee. E' già utilizzato per produrre vernici con cui rivestire superfici antistatiche e conduttive. L'utilizzo del grafene per migliorare l'efficienza dei pannelli solari è già realtà. Come se non bastasse, sembra che il grafene riesca ad immagazzinare energia meglio di qualsiasi altro materiale. Così, sia Apple che Samsung stanno investendo molto nelle nuove batterie "al grafene".
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I cristalli atomici 2D, come il grafene, possono essere combinati tra di loro come le costruzioni Lego! In questo modo gli scienziati possono progettare nuovi materiali con le proprietà desiderate. (Immagine ripresa da Geim and Grigorieva, 2013) |
Le enormi potenzialità del grafene hanno entusiasmato gli scienziati che quotidianamente danno pieno sfogo alla loro inesauribile fantasia nella ricerca su questo
nuovo materiale. Ed ecco che si sono inventati i
cosiddetti LEGO 2D. Oltre al foglio di singoli atomi di carbonio, i fisici sono riusciti a produrre fogli monoatomici costituiti da altri elementi,
ognuno con particolari proprietà chimico-fisiche. Ciò che è strabiliante è che, come nelle costruzioni LEGO, i ricercatori hanno cominciato a formare dei
"sandwich" di strati monoatomici 2D, che chiamano eterostrutture di van der Waals (e tra breve studierete anche chi è questo van der Waals!).
Queste eterostrutture possono sviluppare proprietà che non sono la semplice somma delle proprietà dei loro componenti e la loro potenzialità di applicazione è infinita.
Ecco perché, se vi piace la scienza e in particolare la fisica o la chimica, non dimenticatevi della parola chiave del prossimo futuro: GRAFENE!!!
Manuela Casasoli (manuela_casasoli@yahoo.it)