[:en]di Naike Cogliati

Tutti ne abbiamo sentito parlare almeno una volta ma senza sapere di cosa si tratti realmente.

Cos’è dunque il grafene?
Lo si può definire come un nanomateriale costituito da un singolo strato di atomi di carbonio e da una struttura bidimensionale cristallina ultrasottile.
Questo innovativo “materiale a due dimensioni” rappresenta la struttura base per la costruzione delle cinque forme allotropiche in cui il carbonio si trova in natura (il diamante, la grafite, il fullerene, i nano tubi di carbonio e il grafene) ed è visto come il materiale delle “meraviglie”.

Come si vede nell’immagine ogni atomo di carbonio è legato ad altri tre atomi formando una serie di strutture planari, tenute insieme tra loro da deboli forze intermolecolari.

Quali sono dunque le caratteristiche che rendono così speciale questo materiale?
Oltre ad essere il più sottile dei materiali esistenti, mostra una resistenza e una rigidità superiore a quella dell’acciaio (di 100 volte) e una conducibilità elettrica superiore a qualunque altra sostanza (dalle 10 alle 100 volte quella dei conduttori tradizionali).
Tutto ciò è possibile grazie alla strategica disposizione degli atomi di carbonio dovuta al forte legame tra loro e alla flessibilità di quest’ultimo tale da permettere uno stiramento fino al 20% della sua dimensione originale.
La struttura del grafene, infatti, consente agli elettroni di muoversi su lunghe distanze senza subire perturbazioni e quindi permettendo una conducibilità elettrica molto superiore a quella dei normali conduttori.

E pensare che non è stato scoperto da molto…
Tale rivelazione si deve a Konstantin Novoselov e Andre Geim dell’università di Manchester che nel 2004 mostrarono come un singolo strato poteva essere isolato e trasferito su un altro substrato e che era possibile effettuare una caratterizzazione elettrica, ricevendo per questo il Premio Nobel per la Fisica nel 2010.
L’isolamento di fogli di grafene fu inizialmente ottenuto in modo poco elaborato, mediante un metodo di esfoliazione meccanica nota come il metodo “scotch-tape”, il quale consta nell’utilizzo del nastro adesivo per staccare frammenti di grafite da un cristallo.

Sopra: Microfotografia SEM di un foglio di grafene su un wafer di silicio. Esso appare come della seta distesa su una superficie. La dimensione laterale dell’immagine è 20 micrometri.

L’unica condizione sfavorevole nell’utilizzo di questo materiale si ritrova all’interno del processo di estrazione.
I due metodi più semplici e accessibili, anche se non applicabili a produzioni di tipo industriale, per isolare particelle di grafene (micron quadri) sono l’esfoliazione meccanica e la preparazione per via chimica.

Gli usi del grafene sono innumerevoli, dall’elettronica ad alta frequenza, alla costruzione di touch-screen, celle solari, sensori flessibili e materiali compositi ad alte prestazioni.
La prima delle svariate applicazioni del grafene, che verrà lanciata sul mercato internazionale, è quella che lo vede impiegato per la costruzione di schermi touch screen flessibili e stampabili su fogli di plastica grazie alla sua trasparenza non solo alla luce visibile, ma anche all’infrarosso e all’ultravioletto.

I pannelli solari attualmente in sviluppo, consistono in celle fotovoltaiche inserite tra due strati di grafene.
La luce attraversa gli strati e colpisce la cella fotovoltaica, generando elettricità che è poi veicolata dal grafene stesso.
Le materie plastiche a seguito dell’inserimento di grafene o di altre nanostrutture basate su tale materiale mostrano straordinari miglioramenti di diverse proprietà come la conducibilità elettrica, la stabilità termica, il modulo elastico o la resistenza alla trazione.
Il grafene può anche essere utilizzato come supercondensatore per l’accumulo di energia elettrica prodotta dalle celle solari.
Infine la sua particolare struttura molecolare consente di creare dei fori di qualsiasi dimensione sulla sua superficie, realizzando una sorta di setaccio molecolare.

Sopra: Un foglio di grafene con fori di dimensioni opportune, permette soltanto il passaggio delle molecole di acqua (rosse e bianche), mentre blocca gli ioni di sodio e cloro (viola e verde) del sale (desalinizzazione dell’acqua).

Alla domanda rivolta ad Andre Geim, uno dei suoi scopritori, circa le funzionalità del grafene egli rispose: “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“.

Non resta che dare spazio alla fantasia, ovunque lo si metta non può che portare valore aggiunto.[:]