Cosa è il grafene? Breve guida per chi ancora non lo conosce

Ci sono ancora molte persone che non conoscono il grafene. Ecco una breve guida per quello che è stato ribattezzato il “materiale magico” del 21° secolo.

Cosa è il grafene? Una guida per chi ancora non lo conosce

La scoperta del grafene è abbastanza recente e, forse per questo, è un materiale ancora sconosciuto ad un gran numero di persone.

È stato ottenuto per la prima volta nel 2004, quando due professori dell’Università di Manchester (Regno Unito) hanno avuto la bella e inconsueta idea di usare del nastro adesivo (il comune scotch) per scorticare un pezzo di grafite. Così hanno creato il primo grafene della storia.

Questo nuovo materiale, considerato il “materiale magico” del 21° secolo, è un allotropo cristallino del carbonio, una caratteristica che condivide con diamanti e grafite. In parole povere, tutti e tre sono costituiti da atomi di carbonio uniti in modi diversi. Per esempio, la grafite consiste di atomi di carbonio legati insieme in strati di un reticolo esagonale, mentre il grafene è costituito da un singolo strato di grafite.

Detta così, potrebbe sembrare una curiosità da laboratorio per appassionati di chimica. In realtà, le potenziali applicazioni commerciali e le opportunità di profitto del grafene sono tanto grandi da superare anche la più fervida immaginazione. Ecco perché abbiamo confezionato questa breve panoramica sul grafene, sulla sua produzione, sulle sue applicazioni e su cosa ci potrebbe regalare nel futuro.

Come si ottiene il grafene?

Come accennato, il grafene è stato ottenuto usando dello scotch, una tecnica ora ribattezzata taglio micromeccanico. Secondo la Graphene Flagship, la cui missione è portare il grafene fuori dai laboratori, il vantaggio di questo processo è soprattutto la sua economicità.

Purtroppo, questo semplice metodo non può essere impiegato su larga scala. Di conseguenza, sono stati sviluppati altri metodi di produzione. Per esempio, il grafene può essere coltivato su carburo di silicio e altri substrati, mediante deposizione chimica da vapore.

Gli scienziati di tutto il mondo stanno ancora lavorando su nuovi sistemi per arrivare ad una produzione di massa del grafene. I fisici della Kansas State University (Stati Uniti) hanno brevettato un sistema che utilizza 3 elementi come una candela, ossigeno e gas idrocarburi. Un metodo che potrebbe presto portare ad un produzione su scala commerciale.

Lo scorso anno, i ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (Stati Uniti) hanno pubblicato il loro metodo di produzione con un approccio roll-to-roll, normalmente usato per la produzione di fogli sottili. Hanno poi usato la deposizione chimica sotto forma di vapore, riscaldando la pellicola e esponendola a una combinazione di carbonio e altri gas.

Ma quante applicazioni ci sono…

I due scopritori del grafene (Andrè Geim e Konstantin Novoselov) hanno ottenuto il premio Nobel non per nulla, come è facile capire dando una rapida occhiata a cosa si può ottenere con questo materiale dalle proprietà straordinarie.

È un conduttore elettrico migliore del rame, è impermeabile ai gas, è 200 volte più forte dell’acciaio ma sei volte più leggero ed è quasi perfettamente trasparente (assorbe solo il 2% di luce). Inoltre, è possibile aggiungere alla sua superficie dei componenti chimici per alterarne le proprietà.

Ciò farà del grafene un materiale da impiegare nel settore dei trasporti, della medicina, dell’elettronica, dell’energia, della difesa e della dissalazione.

Un esempio? Nel 2015, i ricercatori hanno scoperto che il grafene è in grado di raddoppiare la durata delle batterie al litio.

Un’altra area applicativa è quella dei film conduttivi trasparenti. Secondo R&D Magazine, questi elementi sono utilizzati in applicazioni opto-elettroniche che necessitano di tensione/corrente e ingressi/uscite ottiche. Per esempio per l’illuminazione OLED, per il fotovoltaico e per i touch screen.

First Graphene ha messo a punto un prodotto refrigerante nanofluido, che possiede un 60% in più della conduttività termica di qualsiasi altra tradizionale forma di raffreddamento.

Prospettive future

IDTechEx Research, una società specializzata in ricerche di mercato, prevede che l’industria del grafene raggiungerà una produzione di 3.800 tonnellate all’anno entro il 2027, per un valore di oltre 300 milioni di dollari. Settori come lo stoccaggio di energia e i materiali compositi costituiranno la maggior parte del mercato.

Secondo Research and Markets, il mercato del grafene dovrebbe crescere ad un tasso di crescita annuale del 40% fino al 2026. La crescente domanda di elettronica sarà una delle forze trainanti per il settore.

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