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((Informazione e aggiornamento)  

Informazioni sul "Grafene"

Alla base c'è il carbonio che fortunatamente presenta per sua natura una grande versatilità per le capacità che ha di stabilire legame chimici con altri atomi di altri elementi. Infatti è possibile verificare l'esistenza di un'infinità di composti organici in cui il carbonio è presente. Per questo motivo il carbonio si trova già naturalmente in forme dette "allotropiche"(1) che hanno strutture diverse tra loro nei legami atomici; parliamo di: diamante, grafite,il fullerene, i nanotubi di carbonio ed infine il grafene.
Il Grafene, dunque, presenta una struttura bidimensionale, ultrasottile simile a questa virtuale sotto disegnata formata da un reticolo di atomi di carbonio (i collegamenti tra gli atomi non esistono nella realtà visiva ma è un modo come suggerire le interazioni che esistono tra gli stessi) che sono disposti in modo da formare esagoni con angoli di 120°.

Rappresentazione del grafeneLo spessore di una lamina di grafene è dell'ordine di 0.33 nanometri (vedi più giù nelle proprietà) cioè uguale proprio a quello di un atomo di carbonio. Sul mensile "Focus" ci viene suggerito, per avere un riferimento, che lo spessore è un milione di volte più sottile di un capello.
In effetti non è che gli studi sul grafene siano iniziati pochi anni fa, anzi su di esso gli studiosi erano all'opera, avendone intuito le sue particolari caratteristiche, già dal 1947.
Dunque abbiamo capito che fino a qualche anno fa il difficile era ridurre il grafene in lamine di queste dimensioni per poterne poi sfruttare tutte le sue caratteristiche.
Nel 2004 Konstantin Novoselov e Andre Geim dell'Univ. di Manchester sono riusciti a farlo, isolando un solo strato di grafite e per questo nel 2010 hanno ricevuto il premio Nobel per la Fisica.
Ci si potrebbe chiedere allora quali sono queste incredibili capacità possedute tutte insieme da questo materiale, ecco un elenco che potete trovare dovunque sia on line che su volumi cartacei più specifici:
 

                                                                                       Proprietà del Grafene

1) Spessore di 0.33 nm                Si tenga conto che un nanometro è pari a 10-9 metri cioè un milionesimo di millimetro !
2) Conducibilità elettrica           Migliore di quella del rame (ed è quanto dire, si pensi che tutti i circuiti elettrici
                                                 hanno conduttori in rame)
3) Velocità degli elettroni           Di solo 300 Volte inferiore alla velocità della luce.
4) Resistenza meccanica              42 N/m - E' cento volte più resistente dell'acciaio.
5) Conducibilità termica             La più elevata oggi misurata.
6) Elasticità                              20% - cioè il grafene può allungarsi fino al 20% della propria lungh. iniziale.

7) Trasparenza                          cioè assorbe solo il 2,3 % della luce
Vi sono inoltre altre proprietà troppo specifiche, complesse e più per gli addetti ai lavori.

Ci si chiede ora da cosa possano dipendere tutte queste proprietà quasi miracolose. Non c'è nessun trucco della natura ma semplicemente esse risiedono nella perfetta disposizione che la natura stessa ha voluto dare agli atomi di carbonio dovuta però al forte legame esistente tra di loro. Ma allo stesso tempo i legami sono abbastanza flessibili da permettere un' elasticità stimata al 20% e cioè da permettere uno stiramento fino al 20% della sua originale dimensione. La struttura stessa del grafene, inoltre, consente agli elettroni di muoversi su notevoli distanze senza accusare alcuna perturbazione, consentendo una conducibilità elettrica molto alta rispetto ai normali conduttori elettrici.
Ci resta solo da dire quale sarà o potrebbe essere poi la ricaduta, in termini di facile consumo, di questo materiale.
Nello sport è stato già applicato nella costruzione di sofisticatissime racchette da tennis (i fili sono stati costruiti utilizzando fiocchi composti da diversi fogli sovrapposti); le più grandi marche mondiali di elettronica sono già da tempo al lavoro per sviluppare smartphone e tablet pieghevoli, si parla di interventi nel campo delle batterie, del monitoraggio ambientale ed applicazioni nel campo medico. Si stanno anche studiando nuovi transistor al grafene da 100 Ghz (in grado cioè di eseguire 100 miliardi di cicli al secondo) sfruttando la velocità degli elettroni di cui si parlava sopra. La ricaduta avverrà anche nel campo edilizio con progetti su nuovi tipi di vetrate definite "intelligenti" in grado oltre che di oscurarsi a comando anche di consentire la trasmissione di messaggi (per es. utili alle vetrine dei negozi) o addirittura utilizzare le vetrate come dispositivi fotovoltaici per la produzione di energia elettrica dalla luce solare.
Tra i produttori di grafene c'è anche l'talia con un'azienda di Como, tra le poche operanti in Europa.

     Aggiornamento
A proposito della energia elettrica e della sua conservazione ci sono novità anche in questo campo che avranno ricadute incalcolabili vista la vastita di utilizzi che oggi si fa delle batterie: dalle auto elettriche agli smatphone, ai tablet, ai lettori ecc. ecc......
Dopo aver elencato sopra tutte le caratteristiche speciali del grafene si è aperta la strada alla creazione di batterie non solo molto più leggere ma anche in grado di ricaricarsi in modo molto più veloci delle attuali batterie al litio. Attualmente (2016) società dell'estremo oriente ( la cinese Dongxu Optoelectronics ) hanno già presentato una batteria al grafene che si chiama "G-King" in grado di ricaricvarsi in circa 15 minuti con una capacità di 4800 mAh. Inoltre la batteria può sostenere circa 3500 ore di ricarica completa ed quindi circa 7 volte maggiore delle attuali batterie.

Appena saranno disponibili più concrete informazioni ne sapremo di più. Di sicuro il lancio suil mercato sarà entro breve termine.


 

(1) l'allotropia è quel fenomeno per cui un elemento chimico può esistere in due forme che differiscono per la loro struttura cristallina e per proprietà chimico-fisiche.Infatti il carbonio lo si trova come diamante e come grafite.
Nel diamante ogni atomo è legato ad altri quattro atomi disposti ai vertici di un tetraedro, quindi abbiamo una occupazione spaziale, mentre nel grafene ogni atomo di carbonio è legato ad altri tre atomi formando una serie di strutture complanari tenuti insieme da forze deboli.

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