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Grafene rivoluzione a basso costo: applicazioni da pelle sintetica a fotovoltaico

Il grafene è un materiale che promette un futuro più "leggero" e resistente in tutti i campi della tecnologia. Le sue applicazioni vanno dal fotovoltaico ai filtri per l'acqua, dai cavi all'"acciaio trasparente". Oggi il metodo di produzione, grazie ad una ricerca universitaria, potrebbe diventare a basso costo. Con buone prospettive per la produzione di pelle sintetica (e indistruttibile).

Il grafene nel 2010 ha fruttato il Premio Nobel ad Andre Geim e Konstantin Novoselov, due scienziati di origine russa e professori all'Università di Manchester in Gran Bretagna. Il Nobel è stato assegnato ai due scienziati anche per il fatto di aver ottenuto del grafene stabile dalla comunissima grafite, quella cioè che compone le nostre matite. Per comprendere che razza di materiale "miracoloso" sia il grafene basti immaginare che un millimetro di grafite corrisponderebbe a tre milioni di strati di grafene. Come scriveva Tommaso Cicconi nel suo articolo, "il grafene in pratica è il più sottile materiale mai ottenuto in laboratorio, è sostanzialmente trasparente ed è quasi cento volte più resistente dell'acciaio tanto che un suo foglio, anche se spesso un solo atomo, potrebbe reggere dei pesi impensabili. Pare che il grafene debba le sue proprietà eccezionali alle proprietà quantistiche dei nanomateriali. Difatti il grafene è un buon conduttore di elettricità, è flessibile, leggerissimo ed è adatto per la costruzione di qualsiasi cosa, dai nanotubi di carbonio ai pannelli solari, dagli lcd ultrapiatti alle supercorde degli ormeggi, ed avrebbe migliaia di altre applicazioni, anche se la produzione in larga scala per ora è un miraggio".

Oggi il miraggio della produzione in larga scala incomincia a trasformarsi in qualcosa di più concreto dato che un team di ricerca anglo-turco ha scoperto come produrre fogli di grafene a basso costo. Se il metodo escogitato da Emre O. Polat, Osman Balci, Nurbek Kakenov, Hasan Burkay Uzlu, Coskun Kocabas e Ravinder Dahiya e pubblicato si Scientific Reports ("Synthesis of Large Area Graphene for High Performance in Flexible Optoelectronic Devices") potesse essere tradotto in un procedimento industriale a breve, rappresenterebbe davvero una rivoluzione. La ricerca finanziata dalla UE e dall'Engineering and Physical Sciences Council, ha unito in partnership due gruppi di ricerca: uno all'Università di Glasgow (Gran Bretagna) e l'altro a Bilkent (Turchia). La ricerca è stata guidata dal dottor Ravinder Dahiya. La scoperta degli scienziati permetterà di produrre grandi fogli di grafene ad un prezzo di almeno cento volte inferiore rispetto alla produzione industriale odierna.

Attualmente il grafene, essendo una pellicola sottilissima, viene prodotto grazie al processo denominato CVD (chemical vapour deposition), cioè con dei solventi che, evaporando, depositano il materiale su un substrato di rame trattato in modo particolare (non deve essere minimamente poroso) e molto costoso. La ricerca della Glasgow University ha scoperto la maniera per produrre grafene "economico" con lo stesso tipo di rame utilizzato per la fabbricazione di batterie agli ioni di litio. Spiega Ravinder Dahiya: "Il rame disponibile in commercio che abbiamo utilizzato nel nostro processo è quello che al dettaglio si vende per circa un dollaro a metro quadro, rispetto ai circa 115 dollari che costa quello attualmente in uso nella produzione di grafene. Questo tipo di rame più costoso spesso necessita di una preparazione particolare prima di poter essere utilizzato, aumentando ulteriormente il costo del processo". "Il nostro processo produce grafene di alta qualità a basso costo - precisa il ricercatore -, che ci porta un passo più vicini alla creazione di nuovi dispositivi elettronici a prezzi accessibili con una vasta gamma di applicazioni, dalle città intelligenti al futuro della sanità mobile".

Sanità mobile, ovvero "mobile healthcare" che si sta sviluppando anche in Italia alla Sapienza di Roma, sia per i celiaci sia per testare l'efficacia dei farmaci per l'artrite reumatoide. E la rivoluzione potrebbe impattare su applicazioni come il fotovoltaico che potrebbe diventare "ubiquo" perché sottile come un foglio. Ma il procedimento descritto da Ravinder Dahiya, come scrive l'Università di Glasgow in una nota, non solo potrà rendere (e vendere) il grafene "per le masse", ma ha migliorato la sua qualità, dato che il risultato del procedimento è stato un tipo di grafene che ha un miglioramento netto nelle prestazioni elettriche ed ottiche rispetto al "vecchio" processo più costoso. Anche se Dahiya mette le mani avanti: "Non abbiamo cambiato il processo, abbiamo cambiato gli ingredienti. Si tratta di una fabbricazione a basso costo, un grande beneficio per i consumatori. Si tratta di una scoperta molto eccitante e siamo ansiosi di continuare la nostra ricerca". Ma Ravinder Dahiya vede il futuro di grafene letteralmente nelle mani di tante persone. "Gran parte della mia ricerca - spiega il ricercatore della Glasgow - è nel campo di pelle sintetica. Il grafene potrebbe contribuire a fornire una superficie ultraflessibile, conduttrice che potrebbe fornire le persone con protesi sensazioni che oggi sono impossibili anche con le protesi più avanzate".

Ma il grafene potrebbe essere utile anche per fornire acqua potabile nei paesi in via di sviluppo, grazie alla sua vocazione per la costruzione di membrane filtranti. Ma ci sono ancora molti dubbi sulla tossicità del materiale, così come per tutte le nanoparticelle. Non a caso il "cugino" del grafene, il fullerene potrebbe essere pericoloso come l'amianto, come scriveva sempre Tommaso Cicconi: "La ricerca più conosciuta sulla tossicità del fullerene è quella condotta da Eva Oberdörster e pubblicata nel 2004 sul 'New Scientist' che dimostra come mettendo del fullerene in acqua in concentrazione pari a 0,5 ppm (parti per milione), la spigola utilizzata per l'esperimento dopo sole 48 ore subisce dei danni cellulari nel tessuto del cervello nonché patologie legate al fegato, quali per esempio infiammazioni".

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