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Se sei stato da qualche parte vicino a una rivista scientifica negli ultimi dieci anni o giù di lì, ti sarai imbattuto in qualche forma di superlativo sul grafene: il meraviglioso materiale bidimensionale che promette di trasformare tutto, 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 perfetta barriera ed è un ottimo conduttore di elettricità. Metti tutto insieme e avrai un materiale con una moltitudine di applicazioni potenzialmente rivoluzionarie.

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 da carbonio possono avere proprietà drasticamente diverse, a seconda di come sono disposti i suoi atomi (diversi allotropi). La grafite nella mina della tua matita, ad esempio, è morbida e scura rispetto al diamante duro e trasparente nel 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 il più vicino nella forma alla grafite, ma mentre quel materiale è costituito da fogli bidimensionali di carbonio trattenuto strato su strato da deboli legami intermolecolari, il grafene è spesso solo un foglio. Se fossi in grado di staccare un singolo strato di carbonio alto un atomo dalla grafite, avresti il ​​grafene.

I deboli legami intermolecolari nella grafite la fanno apparire morbida e sfaldata, 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 usano matite di grafite. Il suo principale isolamento e scoperta, tuttavia, è attribuito al lavoro di Andre Geim e Konstantin Novoselov, nel 2014 presso l'Università di Manchester. Secondo quanto riferito, i due scienziati hanno tenuto "esperimenti del venerdì sera", in cui avrebbero testato idee al di fuori del loro lavoro quotidiano. Durante una di queste sessioni, i ricercatori hanno utilizzato dello 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 adesivo al Museo Nobel.

Per cosa può essere utilizzato 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 un'intera nuova categoria di materiale, non solo a un nuovo materiale.

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In termini di applicazioni, la ricerca viene svolta in aree di vasta portata come la biomedicina e l'elettronica per la protezione delle colture e l'imballaggio alimentare. Essere in grado di modificare la proprietà superficiale 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 per liquidi e gas significa che può essere utilizzato anche con altri materiali per filtrare un numero qualsiasi di composti ed elementi, incluso l'elio, che è un gas eccezionalmente difficile da bloccare. Questo ha una 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 compositi. Sebbene si sia riflettuto molto su come potenziare le tecnologie preesistenti, i continui progressi nel campo alla fine porteranno a aree completamente nuove che in precedenza sarebbero state impossibili. Potremmo vedere emergere una classe completamente nuova di ingegneria aerospaziale? E gli impianti ottici in realtà aumentata? A quanto pare, il 21° secolo è quando lo scopriremo.