L’alba di una rivoluzione: il grafene

“Mai prima nella storia l’innovazione ha promesso così tanto a così tanti in così breve tempo”. Bil Gates

Innovare significa trasformare delle idee, delle invenzioni, in prodotti commerciabili. Scoprire, inventare qualcosa è molto complesso, ma altrettanto faticoso è tradurre queste idee in innovazione.

Per comprendere quanto affascinante e impetuoso possa essere il percorso dell’innovazione non dobbiamo far altro che prendere in considerazione una semplice matita. Osserviamo la mina, che è composta da comune grafite. Se riuscissimo a ingrandire l’immagine della nostra matita, noteremmo che questa grafite è stratificata. Il singolo strato di grafite è formato da atomi di carbonio a nido d’ape, rompere questo foglio è praticamente impossibile, ma il legame fra uno strato e l’altro è molto debole, motivo per cui la nostra matita scrive. Molto complesso però è isolare un singolo strato di grafite, il grafene. Ci riuscirono per primi due scienziati di Manchester utilizzando solo del comune nastro adesivo e un po’ di grafite, risultato che gli valse il premio Nobel per la fisica nel 2010.

Perché il grafene è così interessante?

Un blocco di aerogel di grafene appoggiato sui pistilli di un fiore

Il grafene è il materiale più performante in molti campi. Non esiste materiale con la medesima resistenza meccanica, e al tempo stesso così forte, flessibile e leggero.È il miglior conduttore di calore conosciuto, ottimo conduttore di elettricità e tanto altro ancora. Si potrebbe costruire una amaca di grafene grande come la punta di una matita ma capace di sostenere 4kg. L’Europa ha investito un miliardo di euro in un progetto di 10 anni per studiare il grafene e le sue applicazioni commerciali. Vediamo ora alcune delle possibili applicazioni.

La desalinizzazione dell’acqua di mare

Solo il 3% di tutta l’acqua presente sulla superficie della Terra è dolce, e più dei due terzi di questa percentuale si trova in forma solida nei ghiacciai. La crescita della popolazione mondiale e i cambiamenti climatici stanno rendendo questa fondamentale risorsa sempre meno accessibile. Il grafene potrebbe presentare una soluzione. Da tempo si era dimostrata la potenzialità di filtri a base di ossido di grafene nel setacciare molecole organiche ma non sali comuni. Il problema era che una volta in acqua le membrane di ossido di grafene si gonfiavano, perdendo potere filtrante. Recentemente un gruppo di ricerca ha risolto questo problema applicando su entrambi i lati del setaccio una resina epossidica che ne impedisce il rigonfiamento, in questo modo solo le molecole di acqua che sono meno ingombranti di quelle del sale riescono a passare nei fori di circa un nanometro, permettendo quindi di ottenere acqua dolce dall’acqua salata.

Elettronica

La potenza di calcolo dei computer è data fondamentalmente dal numero di transistor (gli elementi fondamentali dell’elettronica moderna) nei microprocessori. Tutti noi assistiamo ad una costante crescita di questa potenza di calcolo, descritta dalla famosa legge di Moore, la quale afferma che il numero di transistor in un microprocessore tende a raddoppiare ogni 12 mesi, grazie alla costante evoluzione tecnologica. Ma diventa sempre più difficile produrre transistor più piccoli per aumentarne il numero in un chip. Ecco che quindi entra in scena il grafene: ricercatori del Trinity College di Dublino ne hanno recentemente scoperto una proprietà molto utile a riguardo. In estrema sintesi, quando si colpisce una lastra di grafene con una punta di diamante, dalla lastra si staccano dei piccolissimi frammenti che si ripiegano su sé stessi ad opera del calore ambientale trasferito sotto forma di energia dalla punta di diamante. Questi frammenti opportunamente impiegati potrebbero essere utilizzati nella produzione di minuscoli sensori e transistor per circuiti in nanoscala. Si potrebbero altresì impiegare nella produzione di micro sensori per prodotti alimentari, per segnalare eventuali problemi della catena del freddo.

Soluzioni ingegneristiche

Un gruppo di scienziati del MIT ha creato un nuovo materiale a base di grafene, leggero e duro come il diamante, ma con una disposizione a maglia, tale nuova configurazione è ideale per rendere più solidi ponti, infrastrutture e sistemi di filtraggio.

Celle solari

Durante un recente esperimento della Scuola Politecnica di Losanna, i ricercatori sono riusciti a ottenere un livello di conversione di energia del 60% superiore a quello medio di laboratorio (superiore rispetto al rendimento delle migliori celle solari in commercio). Nel tempo si potranno produrre pannelli fotovoltaici più performanti, e si spera, più economici.

Società con core business il Grafene

Per gli interessati le società più attive sul mercato in termini di grafene sono:
-Applied Graphene Materials plc (AGM.L)
-Haydale Graphene Industries plc (HAYD.L)
-Directa Plus plc (DCTA.L)

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