Grafene: come si ottiene e dove viene utilizzato

Il grafene è una molecola bidimensionale, spessa solo una molecola (0,35 nm) di atomi di carbonio, scoperto dal gruppo di ricerca dei Prof. Andre Geim e Novoselov della Manchester University. Consiste in atomi di carbonio esagonali in disposizione vincolata molto simile a quella della maggior parte degli atomi di grafite, in grado di rimanere stabile da solo.Indice:

• Come si ottiene il grafene
• Applicazioni del grafene

Il grafene è un piano di atomi di carbonio che assomiglia ad una griglia ed è la base di tutti i materiali derivati dalla grafite. La Grafite è il principale componente della matita, è una sostanza friabile che assomiglia a una “torta a strati” debolmente legati tra loro.

Quando il grafene è avvolto in forme arrotondate si hanno dei fullereni, ovvero materiale a nido d’ape dalla forma cilindrica noti come nanotubi di carbonio; quando assume la forma di pallone da calcio chiamato viene chiamato buckyballs.

Come si ottiene il grafene

Il grafene viene creato in laboratorio, tramite procedimento che prevede dapprima il trattamento dei cristalli di grafite con una soluzione a base di acido solforico e nitrico; quindi i cristalli vengono ossidati ed esfoliati per avere dei cerchi con gruppi carbossilici ai bordi. Infine si ha un trattamento con tionile cloruro che trasforma le molecole in cloruri acilici e successivamente in ammidi.

Lo strato compatto di atomi di carbonio permette di trasportare elettroni a notevole velocità, e pertanto il grafene risulta essere un ottimo materiale per dispositivi elettronici.

Gli atomi di grafene sono ibridati nella forma sp2 e si dispongono in forma esagonale con angoli a 120°. In caso di variazione della struttura, vale a dire in caso di disposizione pentagonale o ettagonale, si verifica una deformazione; con 12 pentagoni si ha la creazione però di un fullerene.

In caso invece in cui si abbia un solo pentagono o un solo ottagono, sulla superficie sorgeranno increspature.

Applicazioni del grafene

Il grafene ha grandi potenzialità ed è molto differente dai materiali in tre dimensioni conosciuti fino ad oggi.

La scoperta di questo materiale permette ora agli studiosi di accedere a tutte le dimensioni oltre all’atomo a zero dimensioni e al nano tubo ad una dimensione.

Tra i possibili impieghi del grafene ritroviamo quella di essere impiegato per:

• Produrre transistor, questo perché essendo un materiale molto sottile, le sue prestazioni possono essere facilmente testate usando un campo elettrico come veicolo per trasportare elettroni.
• Come semi conduttore, se i risultati saranno quelli presunti, il Grafene potrebbe pian piano andare a sostituire il silicio come semi conduttore.
• Utilizzato all’interno dei sensori, a gas, o come membrana di trasmissione nei microscopi elettronici, poiché nonostante il materiale sia molto sottile – il più sottile mai estratto dall’atomo – ha grandi capacità di resistenza grazie al legame con cristalli che rompono le unioni degli atomi di carbonio.
• Produzione di rivestimenti protettivi
• Realizzazione di calcestruzzi

Inoltre il Grafene ha capacità di resistenza ad acidi e alcali, perciò potrebbe esser impiegato nella produzione di rivestimenti protettivi “contro i prodotti stessi” (ovvero acidi ed alcali).

È stato creato un prototipo di film sottile al grafene, che si pensa potrà esser stampato trasparente e, tramite principio di “roll to roll”, applicato non solo a celle solari, ma anche a vetro e plastica flessibile.

www.grafene.it

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