Se sei stato vicino a una rivista scientifica negli ultimi dieci anni circa, ti sei imbattuto in una qualche forma di superlativo sul grafene, il materiale meraviglioso bidimensionale che promette di trasformare qualsiasi cosa, dall'informatica alla biomedicina.
C'è molto clamore sulle applicazioni del grafene, grazie a una manciata di proprietà notevoli. È 1 milione di volte più sottile di un capello umano ma 200 volte più resistente dell'acciaio. È flessibile ma può fungere da barriera perfetta ed è un ottimo conduttore di elettricità. Metti tutto insieme e avrai un materiale con una moltitudine di applicazioni potenzialmente rivoluzionarie.
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Cos'è il grafene?
Il grafene è carbonio, ma in un reticolo a nido d'ape spesso un atomo. Se torni alle tue vecchie lezioni di chimica, ricorderai che i materiali composti interamente di carbonio possono avere proprietà drasticamente diverse, a seconda di come sono disposti i suoi atomi (diversi allotropi). La grafite della tua mina, ad esempio, è morbida e scura rispetto al diamante duro e trasparente del tuo anello di fidanzamento. Le strutture in carbonio create dall'uomo non sono diverse; il Buckminsterfullerene a forma di palla agisce in modo diverso dalle disposizioni a spirale dei nanotubi di carbonio.
Il grafene è costituito da un foglio di atomi di carbonio in un reticolo esagonale. Di quanto sopra, è più vicino nella forma alla grafite, ma mentre quel materiale è costituito da fogli bidimensionali di carbonio tenuti strato su strato da deboli legami intermolecolari, il grafene ha uno spessore di un solo foglio. Se fossi in grado di sbucciare un singolo strato di carbonio alto un atomo dalla grafite, avresti grafene.
I deboli legami intermolecolari della grafite la fanno apparire morbida e screpolata, ma i legami di carbonio stessi sono robusti. Ciò significa che un foglio composto esclusivamente da quei legami di carbonio è forte - circa 200 volte di più rispetto all'acciaio più resistente, mentre allo stesso tempo è flessibile e trasparente.
Il grafene è stato teorizzato per molto tempo e prodotto accidentalmente in piccole quantità da quando le persone hanno utilizzato matite di grafite. Il suo principale isolamento e scoperta, tuttavia, è dovuto al lavoro di Andre Geim e Konstantin Novoselov, nel 2014 all'Università di Manchester. Secondo quanto riferito, i due scienziati hanno condotto esperimenti venerdì sera, in cui testavano idee al di fuori del loro lavoro quotidiano. Durante una di queste sessioni, i ricercatori hanno utilizzato lo scotch per rimuovere sottili strati di carbonio da un pezzo di grafite. Questa ricerca pionieristica alla fine ha portato alla produzione commerciale di grafene.
Dopo aver vinto il Premio Nobel per la fisica nel 2010, Geim e Novoselov hanno donato il distributore di nastro al Museo Nobel.
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Per cosa si può usare il grafene?
Una cosa importante da notare è che gli scienziati stanno sviluppando tutti i tipi di materiali basati sul grafene. Ciò significa che probabilmente è meglio pensare ai grafeni, nello stesso modo in cui penseremmo alla plastica. In sostanza, l'avvento del grafene ha lo scopo di portare a una categoria di materiale completamente nuova, non solo a un nuovo materiale.
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In termini di applicazioni, la ricerca viene condotta in settori di ampia portata, come la biomedicina e l'elettronica, la protezione delle colture e l'imballaggio alimentare. Essere in grado di modificare la proprietà della superficie del grafene, ad esempio, potrebbe renderlo un materiale eccezionale per la somministrazione di farmaci, mentre la conduttività e la flessibilità del materiale potrebbero annunciare una nuova generazione di circuiti touchscreen o dispositivi indossabili pieghevoli.
Il fatto che il grafene sia in grado di formare una barriera perfetta a liquidi e gas significa che può essere utilizzato anche con altri materiali per filtrare qualsiasi numero di composti ed elementi, incluso l'elio, che è un gas eccezionalmente difficile da bloccare. Questo ha una vasta gamma di applicazioni quando si tratta di industria, ma potrebbe anche rivelarsi molto utile per le esigenze ambientali relative alla filtrazione dell'acqua.
Le proprietà multifunzionali del grafene aprono le porte a un'enorme quantità di usi del composito. Sebbene si sia pensato molto a come potenziare le tecnologie preesistenti, i continui progressi nel campo porteranno alla fine a aree completamente nuove che in precedenza sarebbero state impossibili. Potremmo vedere emergere una classe completamente nuova di ingegneria aerospaziale? E gli impianti ottici di realtà aumentata? A quanto pare, il 21 ° secolo è quando lo scopriremo.
