Grafene, un materiale rivoluzionario utilizzato in tanti settori, dalle telecomunicazioni all’edilizia

Grafene: ecco le numerose applicazioni consentite dalle molteplici ed inesplorate caratteristiche di questo innovativo super-materiale a base di carbonio

Il grafene è il nuovo super-materiale scoperto nel Regno Unito nel 2004 che è valso ai suoi inventori, Andre Geim e Konstantin Novoselov, il Premio Nobel per la fisica 2010. E’ il materiale più sottile al mondo, essendo costituito da un solo singolo strato, regolare e stabile, di atomi di carbonio.

Molteplici i settori in cui l’utilizzo di questo super-materiale produce i suoi effetti, primo tra tutti il settore informatico e tecnologico, in cui il suo utilizzo sta consentendo di creare nuovi componenti  sempre più piccoli ed efficienti e, essendo un super conduttore, le ‘batterie a grafene’ stanno già in parte sostituendo le tradizionali batterie a litio.

Come abbiamo detto, le applicazioni sono infinite e i vantaggi riguardano tantissimi settori. Vediamoli allora, non prima però di aver definito opportunamente questo materiale.

La struttura a nido d’ape del foglio di grafene

Il materiale miracoloso

Il grafene è costituito da atomi di carbonio disposti in un reticolo a nido d’ape. Forma un foglio quasi trasparente di circa un atomo di spessore ed è 200 volte più resistente dell’acciaio, ma sei volte più leggero. Quasi bidimensionale esso interagisce con la luce ed altri materiali in modo unico, ad esempio, assorbe solo circa il 2% di luce ed è impermeabile anche a gas più leggeri come l’idrogeno e l’elio. È anche un conduttore altamente efficiente sia di calore sia di elettricità.

Forse uno degli usi futuri più promettenti di questo super materiale è nella produzione di materiali compositi leggeri ma super resistenti.

L’industria elettronica ha abbracciato il grafene e non è difficile capire perché. Questo materiale è perfetto per touchscreen, con la sua grande:

  • resistenza
  • flessibilità
  • conduttività elettrica

Diversi produttori stanno già gareggiando per introdurre sul mercato il primo schermo per smartphone basato su grafene.

Pur essendo una sperimentazione, un’altra emozionante possibilità per il grafene consiste nel creare “barriere” sia all’interno che all’esterno di un edificio, grazie a particolari vernici,  tutte le sue sorprendenti proprietà lo rendono ideale per un’applicazione del genere.

La sua forza e flessibilità potrebbero ridurre i costi di manutenzione per gli esterni dell’edificio e le sue proprietà di conduzione termica potrebbero aiutare a controllare l’atmosfera interna.

Applicazioni nel campo elettronico

Principali applicazioni

Il grafene è utilizzato già in alcuni settori quali:

  • Elettronica, le “batterie al grafene” sono sempre più utilizzate, specialmente nei dispositivi mobili come cellulari e Tablet, anche se non hanno ancora sostituito del tutto le batterie al litio. Vengono usate anche come sistema d’alimentazione per piccoli droni.
  • Edilizia, le vernici impermeabili ed antiruggine a base di grafene permettono di costituire delle vere e proprie “barriere”  impermeabili a tutti i gas e liquidi. Si ritiene che queste caratteristiche forniscano al grafene un vantaggio competitivo rispetto ai materiali già esistenti
  • Ottica, un team internazionale di scienziati dell’Università del Texas e dell’Università Nazionale di Seoul ha recentemente presentato all’American Chemical Society la prima retina artificiale a base di grafene. La nuova retina artificiale è stata realizzata utilizzando una combinazione di vari materiali tra cui il grafene, funziona molto meglio di quelle utilizzate sin ora. Inoltre sono allo studio innovativa applicazione per creare tessuti per trapianti in campo biomedico
  • Sport: ciclismo e tennis, questo materiale è già stato utilizzato per produrre racchette da tennis e pneumatici per biciclette. Nel ciclismo le gomme con questo materiale garantiscono maggiore aderenza
  • Abbigliamento, i tessuti prodotti con questo innovativo materiale offrono una perfetta termoregolazione infatti esso riscalda distribuendo il calore in maniera uniforme. Inoltre è totalmente impermeabile, pur essendo molto traspirante.

Applicazioni nel campo biomedico

Ulteriori sperimentazioni si hanno nei seguenti campi:

  • Rilevazione di molecole di gas, in Giappone alcuni scienziati studiato come questo materiale può essere utilizzato per rilevare presenza di gas nell’ambiente
  • Desalinizzazione, negli USA il MIT – Massachusetts Institute of Technology studia come utilizzarlo per separare l’acqua dal sale, analogamente a quanto accade nell’osmosi inversa
  • Illuminazione, alla Columbia University studiano nuovi prototipi di lampadina con un filamento incandescente di grafene, analogamente a quanto avviene nelle comuni lampadine con filamento di tungsteno

Fogli in grafene estremamente resistenti e flessibili

Proprietà e caratteristiche che lo rendono un materiale molto versatile

Proprietà meccaniche

Il grafene è il materiale più sottile al mondo ed è praticamente trasparente (97.7% della luce), ma nonostante questo è il materiale conosciuto più resistente al mondo e al contempo molto flessibile. Ha un carico di rottura di 130 Gpa e un modulo di elasticità di circa 1 TPa e può essere stirato fino al 20% della sua lunghezza. Secondo i suoi scopritori un singolo foglio di grafene largo 1 m² sarebbe capace di sostenere un peso di 5 kg, ed essere virtualmente invisibile pur pesando 0,7 mg . In pratica un singolo foglio è cento volte più resistente dell’acciaio e sei volte più elastico.

Proprietà termiche

Il grafene è un ottimo conduttore termico anche se il carbonio essendo un non metallo di per sé non conduce il calore. Il grafene acquista questa proprietà per le interazioni realizzate nella macromolecola, come accade per la grafite, forma allotropica del carbonio, che riesce a condurre l’energia termica e che, sfogliata in strati omogenei connessi monoatomici, dà appunto il grafene.

Proprietà elettroniche

Il grafene è un ottimo conduttore, migliore persino del rame, e si pensa che sarà sempre più utilizzato in molti oggetti tecnologici, sostituendo ad esempio le batterie il litio.

Proprietà ottiche

Questo materiale sarà alla base dello sviluppo di dispositivi ottici miniaturizzati che sfruttano le frequenze ottiche per trasmettere in banda larga dati. Un singolo strato di grafene, pur essendo spesso un solo atomo, è in grado di assorbire il 2.3% della radiazione uniformemente su pressoché tutto lo spettro ottico. Per confronto, un film di silicio con lo stesso spessore assorbirebbe solo lo 0.03% della luce. Questa nuova proprietà ottica del grafene potrebbe portare  allo sviluppo di dispositivi miniaturizzati completamente nuovi e rivoluzionari.

 

Clicca qui per conoscere Edificius il software per la progettazione architettonica BIM

Lascia un Commento

La tua email non sarà resa pubblica I campi segnati sono richiesti*

Condividi
Pubblicato da Redazione Tecnica

Articoli recenti

Bonus case green: stop dal 2024, spiragli dalla direttiva UE

La legge di Bilancio 2024 non ha prorogata l'agevolazione sull'acquisto di immobili green. Come gestire…

19 Giugno 2024

Bonus prima casa under 36: si può ancora accedere?

Come funziona l'agevolazione fiscale per l'acquisto prima casa da parte dei giovani under 36 con…

19 Giugno 2024

Acquisto prima casa: imposte e agevolazioni 2024, la guida

La guida delle Entrate aggiornata a giugno 2024: le tasse da pagare e le agevolazioni…

19 Giugno 2024

Superbonus e bonus edilizi: la nuova guida del Notariato

Superbonus e altri bonus per la casa, cessione del credito e CILA Superbonus: sintesi e…

19 Giugno 2024

Appalti pubblici: le soglie comunitarie 2024

Codice dei contratti pubblici: aggiornate le soglie di rilevanza europea per gli appalti pubblici di…

18 Giugno 2024

Visualizzazione 3D GIS ed integrazione BIM

L'integrazione tra visualizzazione 3D GIS e BIM offre una visione completa del contesto spaziale per…

17 Giugno 2024