GRAFENE
E NANOTECNOLOGIE
Il termine “nanotecnologia” fu coniato nel 1974 dal fisico giapponese Norio Taniguchi della Tokyo Science University, per descrivere la produzione di materiali su scala nanometrica, ovvero materiali con dimensioni pari a un milionesimo di millimetro (1 nm = 10-6 mm) e un miliardesimo di metro (1 nm = 10-9 m). Ma, il concetto di nanotecnologia nacque nel dicembre del 1959 durante una conferenza tenuta dal fisico Richard Feynman al California Institute of Technology (Caltech); in quell'occasione egli predisse la possibilita' di controllare la materia e di realizzare dispositivi su scala nanometrica. Nel suo discorso, intitolato "There's Plenty of Room at the Bottom" (C'e' un sacco di posto giu' in fondo), Feynman parlo' del "problema di manipolare e controllare le cose su piccola scala"; egli sosteneva che i principi della Fisica non fossero in contraddizione con la possibilita' di manipolare e costruire oggetti "atomo per atomo". Durante quella conferenza Feynman pronuncio' la famosa frase: "What would happen if we could arrange the atoms one by one the way we want them?…" (Cosa succederebbe se potessimo organizzare gli atomi uno ad uno nel modo in cui li vogliamo?…).
Nel 1986, Kim Eric Drexler, nel suo libro “Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology”, promosse la rilevanza tecnologica dei fenomeni su scala nanometrica. La sua idea di nanotecnologia, definita "Nanotecnologia Molecolare" (MNT-Molecular NanoTechnology), riguarda sistemi meccanici su scala molecolare, progettati e costruiti “atomo per atomo”.
Un'applicazione della Nanotecnologia Molecolare e' “utility fog” (la nebbia utile):
Si tratta di un insieme di nanorobot che, disposti in un agglomerato, senza dar luogo ad alcuna forma specifica, interagiscono tra di loro mediante un software capace di modificare la loro posizione all'interno dell'agglomerato e di far assumere ad esso, su richiesta dell'utente, forme differenti.
La nanotecnologia e' dunque una branca della scienza applicata e della tecnologia in grado di manipolare e di organizzare i piu' piccoli elementi della materia. In pratica, la nanotecnologia esamina i metodi e le tecniche per controllare la materia su scala atomica e molecolare ed e' in grado di creare strutture “atomo per atomo”, aventi una nuova organizzazione. Le dimensioni dei nanomateriali sono comprese tra 1 nm e 100 nm.
Di seguito e' riportata una sintesi delle tappe fondamentali nel campo delle nanotecnologie:
1959 - Richard Feynman tiene il suo discorso “There’s Plenty of Room at the Bottom”.
1974 - Norio Taniguchi conia il termine “nanotecnologie”.
1981 - Gerd Binnig e Heinrich Rohrer progettano il microscopio elettronico ad effetto tunnel STM (Scanning Tunneling Microscope) presso i laboratori di ricerca dell'IBM di Zurigo. Questo tipo di microscopio fu il primo strumento in grado di mostrare immagini di singoli atomi. Per questa scoperta G.Binnig e H.Rohrer ottennero il Premio Nobel per la Fisica nel 1986.
1985 - Richard Smalley, Harold Kroto e Robert Curl scoprono i fullereni (premio Nobel nel 1996).
1986 - Gerd Binnig, Calvin Quate e Christoph Gerber inventano il microscopio a scansione a forza atomica AFM (Atomic Force Microscope).
1990 - Nasce il primo giornale sulle nanotecnologie.
1991 - Sumio Iijima scopre i nanotubi di carbonio.
1993 - Nasce alla Rice University (USA) il primo Laboratorio di Nanotecnologie.
2004 - Viene isolato un singolo strato di grafite, il grafene.
2010 - Andrej Gejm e Konstantin Novosëlov ricevono il Premio Nobel per la Fisica per gli studi sul grafene.
L'immagine che segue, simile ad un drappo di seta disteso su di una superficie, e' stata ottenuta con un Microscopio Elettronico a Scansione SEM (Scanning Electron Microscope).
foglio
di grafene
su
un wafer di silicio.
CAPIRE LA “SCALA NANOMETRICA”
La realta' in cui viviamo prevede dimensioni che, in linea di massima, vanno dal millimetro (mm) al chilometro (Km); queste dimensioni sono ben lontane da un nanometro (nm) che risulta essere cinquantamila volte inferiore al diametro di un capello. Si pensi che la cruna di un ago e' grande un milione di nanometri, un globulo rosso misura circa mille nanometri, un frammento di DNA e' lungo pochi nanometri e contiene tutte le informazioni necessarie allo sviluppo di un intero organismo vivente; infine, un atomo ha una dimensione di circa un decimo di nanometro ed un oggetto sferico del diametro di pochi nanometri e' composto da poche migliaia di atomi. Con la nanotecnologia siamo quindi nel mondo dell'invisibile all'occhio umano, praticamente siamo nell'ambito di strutture composte da singole molecole o atomi; il vantaggio e' che, nei dispositivi nanoelettronici, una minore distanza tra le particelle interagenti implica un aumento della velocita' di funzionamento e un minor spreco di energia.
GRAFENE: “IL MATERIALE DELLE MERAVIGLIE”
Il grafene e' un materiale costituito da un singolo strato di atomi di carbonio, possiede lo spessore di un atomo (0,1 nm - 0,5 nm) e gli atomi di carbonio, nella sua struttura, sono disposti in modo tale da formare esagoni regolari con angoli di 120°. Il grafene e' stato prodotto in laboratorio per la prima volta a partire dalla grafite, che rappresenta la forma piu' comune del carbonio ed e' il materiale di cui sono composte le matite.
Il grafene ha dimostrato di possedere potenzialita' talmente elevate da meritarsi il soprannome di “materiale delle meraviglie”. Esso e' tra i materiali piu' leggeri e sottili esistenti in natura, e' trasparente, molto flessibile, impermeabile a liquidi e gas, piu' resistente dell'acciaio ed inoltre e' un ottimo conduttore di calore ed elettricita'. Le potenzialita' del grafene sono oggetto di studio nei reparti di Ricerca e Sviluppo delle Aziende ed in molte Universita' Americane ed Asiatiche.
