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Grafene

Il grafene è una forma allotropica del carbonio e il suo spessore corrisponde a quello di un atomo; il carbonio è ibridato sp² e gli atomi sono disposti secondo un reticolo cristallino a nido d’ape.

Il grafene è l’elemento strutturale di base di alcune forme allotropiche del carbonio tra cui grafite, diamante, nanotubi di carbonio e fullerene.

Questo materiale ultrasottile è 200 volte più resistente dell’acciaio, flessibilissimo e ottimo conduttore di calore ed elettricità.

Nel 2010 Andre Geim e Konstantin Novoselov dell’Università di Manchester hanno vinto il Premio Nobel per la fisica per i loro studi sul grafene. Già dai primi studi compiuti sul grafene si erano intuite le grandi potenzialità del materiale.  Ancora oggi si scoprono ulteriori proprietà che spingono gli scienziati ad approfondire le ricerche al fine di diversi utilizzi.

Difatti, presso il MIT recentemente, sono stati compiuti nuovi esperimenti sorprendenti che hanno mostrato che il grafene assume un comportamento diverso a seconda del materiale con cui è in contatto.

Quando i fogli di grafene, infatti, sono posti su substrati fatti di materiali diversi, alcune proprietà quali:

• la conducibilità elettrica
• l’interazione chimica con altri materiali

si presentano notevolmente diverse a seconda della sostanza che si trova a contatto con il grafene stesso.

Prima che tali studi fossero compiuti ci si aspettava che il grafene esibisse un comportamento simile a quello della grafite. Si è invece dimostrato come esso, che è prevalentemente usato quale rivestimento di altri materiali di supporto, se a contatto con il biossido di silicio SiO₂, materiale largamente usato in elettronica, può rapidamente diventare “attivato”  a contatto con determinate sostanze chimiche mentre reagisce con difficoltà con le medesime se il supporto è costituito da nitruro di boro BN.

Proprietà

Il grafene, pertanto, può in essere “attivato” o “disattivato” alla formazione di legami chimici in funzione della sostanza con cui esso si trova a contatto. Tale comportamento è imputabile alla struttura che appare notevolmente influenzata dai campi elettrici degli atomi della sostanza con cui si trova in contatto.

Questa proprietà consente quindi la creazione di dispositivi con un substrato costituito da alcune zone fatte di biossido di silicio e da altre di nitruro di boro ricoperti da grafene il cui comportamento chimico varia in funzione della sostanza che ricopre. Un tale dispositivo potrebbe consentire ,ad esempio, la produzione di microapparati in grado di rilevare tracce di materiali sia chimici che biologici.

Il grafene, inoltre, potrebbe essere usato quale rivestimento protettivo di metalli come il rame in modo da eliminare la tendenza di quest’ultimo ad ossidarsi. Per spiegare il comportamento del grafene si è giunti a un’altra teoria relativa al trasferimento di elettroni. Essa può essere sfruttata per la previsione del comportamento del grafene a contatto con altri materiali.

Un ulteriore passo nell’ambito della ricerca su tale materiale riguarda il comportamento della reattività di un doppio strato di grafene rispetto al singolo strato e, per quanto si sappia, pare che esibisca un comportamento diverso.

Ultimi studi

Uno degli ultimi studi fatto dagli scienziati del MIT dimostrerebbe che il grafene porterebbe vantaggi enormi e confermerebbe la possibilità che esso può essere utilizzato quale filtro per la desalinizzazione dell’acqua; creato un foglio di grafene con opportune dimensioni dei fori in grado di impedire il passaggio di molecole di NaCl e consentire invece il passaggio alla molecole di acqua.

Il grafene, da molti è definita come la molecola magica che non finisce mai di stupire. Altri studi si stanno sviluppando al fine di sostituire il grafene al silicio nei pannelli fotovoltaici. La trasparenza, l’ottima capacità elettrica, la flessibilità sono tra le caratteristiche del grafene particolarmente adatte per la realizzazione di pannelli fotovoltaici pieghevoli.

Al momento, tuttavia, la ricerca ha trovato alcuni problemi, ma il team di ricerca è al lavoro per trovare le giuste soluzioni. La  strada per nuove scoperte, quindi, appare foriera di nuove possibilità che aiuterebbero non solo l’umanità dal punto di vista economico ma anche dal punto di vista sociale, aprendo la strada a condizioni di vita sempre migliori e ad uno sviluppo ecosostenibile.