Più resistente dell'acciaio, più sottile di un atomo e quasi invisibile: il materiale che cambierà tutto

Lo sviluppo e il progresso scientifico e tecnologico hanno permesso un’importante evoluzione dei materiali negli ultimi decenni. A partire dagli anni ’60 del secolo scorso, si è riusciti a identificare e analizzare diversi composti del grafite, scoprendo che possiedono proprietà superconduttive.

Negli anni ’70 sono stati sviluppati i poliacetileni, che costituiscono catene di atomi con alcuni legami saturati di idrogeno. Nel 1985 si è osservata per la prima volta una nuova configurazione del carbonio.

Questa è stata trovata sotto forma di molecole, composte da 60 atomi e distribuite in modo tale da ricordare un pallone da calcio. È stato nel 1991 che si è osservata una nuova forma in cui il carbonio può presentarsi: nei nanotubi, sottili fogli che possono arrotolarsi e presentano proprietà semiconduttrici.

Questa base strutturale corrisponde a ciò che oggi conosciamo come grafene, costituito da un singolo strato di carbonio con lo spessore di un solo atomo. I suoi atomi sono legati in una rete esagonale, simile alla struttura di un alveare. Si tratta del grafene.

Conosciuto anche come “materiale meraviglia”

Il grafene è un nanomateriale, ovvero può essere ottenuto a partire da diversi composti o elementi chimici. In questo caso si tratta di carbonio puro che si manifesta con proprietà fisiche diverse, pur mantenendo la stessa natura chimica. Un altro esempio è il diamante.

Questo materiale è il precursore di altre forme di carbonio. Ad esempio, se gli strati di atomi di carbonio vengono avvolti creando una struttura simile a un pallone, si ottengono i fullereni; se vengono arrotolati cilindricamente si formano nanotubi e se si sovrappongono più di 10 strati tridimensionali si ottiene la grafite.

È un materiale ultraleggero. Per avere un’idea più concreta, se si estendesse un solo grammo di grafene, sarebbe sufficiente a coprire completamente un campo da calcio. Inoltre, è un materiale 100 mila volte più sottile di un capello umano.

Duro come il diamante ed estremamente flessibile

Le caratteristiche di questo materiale sono molteplici: ha lo spessore di un atomo, è duro quanto il diamante e possiede una grande capacità di flessibilità. È possibile prendere un foglio di grafene e deformarlo senza che si rompa.

Ha anche la capacità di sopportare intense correnti elettriche senza riscaldarsi, risultando un conduttore termico migliore di elementi puri come l’argento. È malleabile, elastico e flessibile: un foglio di grafene può essere allungato fino al 10% della sua dimensione originale in modo reversibile.

Molteplici proprietà

È fino a 200 volte più resistente dell’acciaio e 5 volte più leggero dell’alluminio. A seconda del materiale grafenico, può essere un eccellente conduttore di elettricità o un isolante. Può essere combinato per creare diversi materiali grafenici a seconda dell’applicazione.

È altamente resistente alla corrosione e ai raggi ultravioletti. È estremamente impermeabile, persino all’elio e all’idrogeno. È antimicrobico e può essere utilizzato in ambito sanitario, come nell’odontoiatria. Grazie alle sue caratteristiche e alla sua versatilità, può rivoluzionare le attività e la vita quotidiana.

Praticamente trasparente e ottimo conduttore elettrico

Può essere piegato fino al 20% della sua dimensione originale senza subire danni; può essere arrotolato su sé stesso, creando i cosiddetti nanotubi, o trasformato in qualsiasi altra forma. Le superfici su cui viene applicato hanno meno probabilità di rompersi e risultano quindi più durevoli.

Il grafene puro è praticamente trasparente, simile al vetro. Assorbe una maggiore quantità di luce all’aumentare del numero di strati di grafene sovrapposti. Ha la capacità di essere un eccellente conduttore termico ed è anche un ottimo trasmettitore di elettricità.

Capace di moltiplicare le frequenze

È un materiale con un enorme potenziale applicativo. Se viene applicato un segnale elettrico di una determinata frequenza, può generare un’altra onda di intensità doppia o tripla. In questo modo consente di lavorare con cicli di clock molto più elevati rispetto a quelli attuali.

Gli specialisti lo indicano come uno dei possibili successori del silicio. Inoltre è un materiale molto denso: resiste persino alla penetrazione delle molecole di elio. Curiosamente, lascia passare l’acqua: se racchiusa in un contenitore di grafene, evapora alla stessa velocità che in un contenitore aperto.

Riferimento della notizia

A. Raya Montaño. Grafene, il materiale meraviglia. Saber Más, Rivista di divulgazione scientifica. Universidad Michoacana de San Nicolás Hidalgo.