Negli ultimi anni, il grafene, un supermateriale, ha suscitato grande interesse. Ma cos'è esattamente il grafene? Immaginate una sostanza 200 volte più resistente dell'acciaio, ma 1000 volte più leggera della carta.
Nel 2004, due scienziati dell'Università di Manchester, Andrei Geim e Konstantin Novoselov, "giocarono" con la grafite. Sì, proprio la stessa sostanza che si trova sulla punta di una matita. Erano incuriositi da questo materiale e volevano capire se fosse possibile rimuoverlo in un unico strato. Così trovarono uno strumento insolito: il nastro adesivo telato.
«Si posiziona il nastro adesivo sopra la grafite o la mica e poi si stacca lo strato superiore», ha spiegato Heim alla BBC. I fiocchi di grafite si staccano dal nastro. Quindi si piega il nastro a metà e lo si incolla al foglio superiore, poi si separano di nuovo. Poi si ripete questo processo 10 o 20 volte.
“Ogni volta i fiocchi si scompongono in fiocchi sempre più sottili. Alla fine, sul nastro rimangono fiocchi sottilissimi. Sciogliendo il nastro, si dissolve tutto.”
Sorprendentemente, il metodo del nastro adesivo ha funzionato a meraviglia. Questo interessante esperimento ha portato alla scoperta di fiocchi di grafene monostrato.
Nel 2010, Heim e Novoselov hanno ricevuto il Premio Nobel per la Fisica per la scoperta del grafene, un materiale composto da atomi di carbonio disposti in un reticolo esagonale, simile alla rete metallica per pollame.
Uno dei motivi principali per cui il grafene è così straordinario è la sua struttura. Un singolo strato di grafene puro appare come uno strato di atomi di carbonio disposti in una struttura reticolare esagonale. Questa struttura a nido d'ape su scala atomica conferisce al grafene la sua impressionante resistenza.
Il grafene è anche un materiale dalle straordinarie proprietà elettriche. A temperatura ambiente, conduce l'elettricità meglio di qualsiasi altro materiale.
Ricordate gli atomi di carbonio di cui abbiamo parlato? Ebbene, ognuno di essi possiede un elettrone in più, chiamato elettrone pi greco. Questo elettrone si muove liberamente, consentendo la conduzione elettrica attraverso più strati di grafene con una resistenza minima.
Una recente ricerca sul grafene condotta presso il Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha scoperto qualcosa di quasi magico: ruotando leggermente (di soli 1,1 gradi) due strati di grafene rispetto al loro allineamento, il grafene diventa un superconduttore.
Ciò significa che può condurre elettricità senza resistenza né calore, aprendo interessanti possibilità per la superconduttività a temperatura ambiente in futuro.
Una delle applicazioni più attese del grafene è nel settore delle batterie. Grazie alla sua elevata conduttività, è possibile produrre batterie al grafene che si caricano più velocemente e durano più a lungo rispetto alle moderne batterie agli ioni di litio.
Alcune grandi aziende, come Samsung e Huawei, hanno già intrapreso questa strada, puntando a introdurre queste innovazioni nei dispositivi che utilizziamo quotidianamente.
"Entro il 2024, prevediamo che una vasta gamma di prodotti a base di grafene sarà disponibile sul mercato", ha affermato Andrea Ferrari, direttore del Cambridge Graphene Center e ricercatore presso la Graphene Flagship, un'iniziativa promossa da European Graphene. L'azienda sta investendo 1 miliardo di euro in progetti congiunti. L'alleanza mira ad accelerare lo sviluppo della tecnologia del grafene.
I partner di ricerca di Flagship stanno già creando batterie al grafene che offrono il 20% di capacità in più e il 15% di energia in più rispetto alle migliori batterie ad alta energia attualmente disponibili. Altri team hanno creato celle solari a base di grafene che sono il 20% più efficienti nella conversione della luce solare in elettricità.
Sebbene esistano già alcuni prodotti che sfruttano il potenziale del grafene, come le attrezzature sportive Head, il meglio deve ancora venire. Come ha osservato Ferrari: "Parliamo di grafene, ma in realtà stiamo parlando di un gran numero di opzioni in fase di studio. Le cose si stanno muovendo nella giusta direzione".
Questo articolo è stato aggiornato utilizzando la tecnologia dell'intelligenza artificiale, verificato nei fatti e revisionato dai redattori di HowStuffWorks.
Il produttore di attrezzature sportive Head ha utilizzato questo straordinario materiale. La loro racchetta da tennis Graphene XT promette di essere il 20% più leggera a parità di peso. Si tratta di una tecnologia davvero rivoluzionaria!
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Data di pubblicazione: 21 novembre 2023