APPLICAZIONI DEL GRAFENE
L'interesse suscitato dal grafene in ambito scientifico e tecnologico dipende dai seguenti aspetti di questo materiale:
il grafene e' un singolo strato di grafite e la grafite e' un materiale a base di carbonio, facilmente reperibile e poco costoso;
Blocco
di grafite
gli elettroni debolmente legati agli atomi di carbonio, nella struttura a nido d'ape del grafene, vengono a trovarsi in condizioni simili a quelle di un superconduttore a bassa dispersione di energia.
Guarda il video di informazione divulgativa sul grafene: Grafene Reunion 2-(Graphene Info)
Questa sezione e' dedicata alle piu' importanti applicazioni del grafene nei settori scientifico e tecnologico:
SETTORE |
APPLICAZIONI |
NANO-ELETTRONICA |
Il grafene, per le sue proprieta' elettriche, risulta essere un ottimo candidato in applicazioni riguardanti il settore dei computer quantistici super-veloci, di dimensioni molto piu' piccole rispetto a quelli oggi in uso. I ricercatori sono gia' riusciti a produrre singoli transistor al grafene e semplici circuiti, capaci di funzionare a frequenze elevatissime, pari a centinaia di GHz. In particolare, nel 2010, un gruppo di ricerca della IBM ha realizzato un transistor al grafene con una frequenza di funzionamento massima di 100 Ghz e con una lunghezza del gate di 240 nm. Sempre nel 2010, l'UCLA (University of California, Los Angeles) ha raggiunto il record di velocita' di 300 Ghz per un transistor, in un test con il grafene. Nel 2011, ancora IBM ha realizzato un transistor al grafene con una frequenza di 155 Ghz ed una lunghezza del gate di 40 nm. E' importante sottolineare che la velocita' di un transistor e' valutata, in genere, sulla base della sua frequenza di commutazione. Un transistor che lavora in commutazione (on/off) si comporta da interruttore, percio' quando conduce e' paragonabile ad un interruttore chiuso, mentre se non conduce e' come se fosse un interruttore aperto.
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ELETTRONICA |
Tutti questi dispositivi risultano decisamente irrealizzabili con la tecnologia basata sul silicio. Infatti, il silicio, attualmente usato in Elettronica, e' fragile e non adatto ad applicazioni in cui e' richiesta invece una flessibilita' del materiale. Nell'era del grafene, quella dei materiali bidimensionali, i dispositivi elettronici “wearable” diventeranno “indossabili” nel senso piu' stretto della parola e potranno adattarsi perfettamente al nostro corpo. I telefoni cellulari, per esempio, potranno essere indossati come braccialetti e si potranno allungare e piegare a seconda delle necessita'.
Diversi colossi dell'Elettronica come IBM, Samsung, Sandisk, Xerox, Nokia, stanno investendo moltissimo nello sviluppo di nuovi prodotti basati sul garfene e si fanno gia' concorrenza nella realizzazione di numerosi brevetti.
Per lungo tempo, le compagnie elettroniche hanno cercato un materiale alternativo all'ITO, a causa del costo elevato dell'indio. Per questo motivo sono stati presi in considerazione i nanotubi di carbonio, ma con scarso successo; infatti, si e' osservato che essi tendono a formare piccoli difetti in aree visibili, denominate "dead pixel", se utilizzati in un display. Sotto questo aspetto, un importante passo in avanti e' stato fatto da un gruppo di scienziati Coreani e Giapponesi, facenti parte del team guidato dai ricercatori Byung Hee Hong e Jong-Hyun Ahn della Sungkyunkwan University di Seoul. Gli scienziati sono riusciti a produrre pellicole di grafene mediante la deposizione di vapori chimici su un substrato flessibile di rame. I films di grafene, cosi' ottenuti, hanno forma rettangolare con una diagonale di 76 cm e presentano una resistenza elettrica superiore a quella degli elettrodi trasparenti attualmente disponibili in commercio e realizzati in ossido di stagno e indio (ITO). I films di grafene consentono il passaggio di circa il 90% della luce e quindi presentano una buona trasparenza. Il team ha utilizzato queste pellicole di grafene come elettrodi e li ha inseriti in un pannello touch-screen che ha rivelato prestazioni migliori di quelle ottenute con elettrodi ITO. Inoltre, e' stata registrata una resistenza allo stiramento piu' che raddoppiata rispetto a quella presentata da un elettrodo ITO. La notizia relativa alla produzione di films di grafene per elettrodi trasparenti e' stata pubblicata sulla rivista “Nature Nanotechnology”.
Questi super-condensatori al grafene mostrano una densita' di energia specifica di 85,6 Wh/kg a temperatura ambiente e di 136 Wh/kg a 80°C, praticamente simile a quella delle batterie nichel-idruri metallici; il vantaggio consiste nel fatto che i super-condensatori al grafene possono essere riutilizzati un numero indefinito di volte e caricati e scaricati in maniera estremamente veloce. |
VIDEOCOMUNICAZIONI |
Il mondo delle video-comunicazioni vedra' il grafene come protagonista in applicazioni molto avanzate, come ad esempio:
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SETTORE EDILIZIO |
L'utilizzo del grafene e' rivolto a progetti basati su nuovi tipi di vetrate definite "intelligenti". Si tratta di vetrate in grado di oscurarsi a comando, oppure da utilizzare come dispositivi fotovoltaici per la produzione di energia elettrica dalla luce solare. Guarda questo slideshow |
GREEN TECNOLOGY |
Il grafene, essendo un materiale resistentissimo ed allo stesso tempo leggerissimo, risulta adatto ad applicazioni riguardanti:
Scopri di piu': A new approach to water desalination
Scopri di piu' con questo video: Grafene e idrogeno
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SETTORI AUTOMOBILISTICO e AEROSPAZIALE |
La
fibra di carbonio, attualmente utilizzata nei settori
automobilistico
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SPORT |
Il grafene e' stato gia' applicato nella costruzione di sofisticate racchette da tennis:
La racchetta da tennis al grafene e' stata usata per la prima volta, con successo, da Novak Djokovic e Maria Sharapova all'Australian Open, edizione 2013. |
SETTORE BIOMEDICO |
L'ossido di grafene ha mostrato proprieta' battericide e potrebbe essere impiegato anche in prodotti per l'igiene e per la conservazione degli alimenti. |
MEDICINA |
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Alcune applicazioni di questo straordinario materiale sono state presentate in occasione del Mobile World Congress 2016 di Barcellona.
Per conoscerle guarda il filmato: Le mille applicazioni del Grafene al MWC 2016
Al
momento, l'utilizzo commerciale di questo “materiale delle
meraviglie” si scontra con logiche
economiche proibitive;
infatti, la produzione di grafene
su
larga scala e' ancora un processo troppo costoso e richiede
risorse elevatissime; basti pensare che il
costo per produrre un chilogrammo di grafene e' pari alle decine di
migliaia di euro (circa 35.000 euro)
.
Purtroppo, l'idea
che
il grafene
possa
rimpiazzare
il
silicio
nei
processori
di domani
non
e' ancora
realizzabile, ma e' questa la nuova
sfida nel
mondo
dell'Elettronica.
Prepariamoci dunque alla nuova rivoluzione industriale della storia, quella in cui tutto si produrra' con il grafene, gia' considerato “la plastica del terzo millennio”.
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