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06 Giu 2023

Quasi vent’anni di grafene dove ci hanno portato?

Leonardo Giaccari

Leonardo Giaccari
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Al giorno d’oggi è difficile incontrare una persona che non abbia mai sentito la parola “grafene” almeno una volta! La sua presenza quasi ubiquitaria nella ricerca e nella vita di tutti i giorni è dovuta alle sue proprietà uniche. Questo nanomateriale riesce a coniugare a un’eccellente conduttività elettrica e termica, un’elevatissima resistenza meccanica.

 

La struttura del grafene

Proprio come il carbone e il diamante, il grafene è un materiale composto esclusivamente da carbonio. La differenza principale con i due materiali menzionati risiede nella struttura. La tipologia di legame che caratterizza il grafene porta a una struttura caratterizzata da un reticolo a nido d’ape dello spessore di un atomo di carbonio e delle dimensioni che possono raggiungere anche l’ordine del micrometro! Per questo motivo viene classificato come nanomateriale bidimensionale. In natura i fogli di grafene interagiscono tra loro e si impilano formando la grafite.

 

Cosa c’entra il grafene con il nastro adesivo?

La struttura e le proprietà del grafene non sono le sue uniche particolarità. Il suo primo tentativo di sintesi, che risultò poi un successo, è classificabile come bizzarro. Infatti, nel 2004 i fisici Andre Gejm e Konstantin Novosëlov riuscirono a isolare il grafene dalla grafite sfruttando il metodo scotch-tape. Armati di una matita contenente grafite di alta qualità, di nastro adesivo e molta pazienza riuscirono a “esfoliare” per la prima volta singoli foglietti di grafene! I due scienziati hanno ricevuto il premio Nobel per la Fisica nel 2010, in riconoscimento della loro conquista. Com’è facile immaginare, questo metodo, seppur di successo, fu abbandonato velocemente per via della sua scarsa efficienza.

 

Come si produce il grafene?

Le vie sintetiche del grafene sono cambiate moltissimo negli anni, cercando di trovare un equilibrio fra qualità e quantità. Le due sintesi più comuni sono:

  • la deposizione da vapore chimico (CVD), in grado di produrre una quantità limitata grafene di ottima qualità;
  • la sintesi ossido-riduttiva, in grado di produrre elevate quantità di un derivato utile del grafene, l’ossido di grafene ridotto, di qualità variabile e sicuramente inferiore al grafene prodotto tramite CVD.

Al giorno d’oggi, la ricerca di un metodo in grado di produrre grandi quantità di grafene di alta qualità è uno degli obiettivi principali della ricerca sul grafene.

 

Grafene: proprietà e possibilità

Le proprietà uniche del grafene lo rendono un candidato ideale per una pletora di possibili applicazioni innovative, alcune delle quali già di largo impiego nell’industria. Infatti, sul mercato sono presenti diverse cuffie auricolari con driver in grafene! Inoltre, la ricerca si sta valutando il suo impiego in sensori di vario tipo e inchiostri funzionali.

Purtroppo, il grafene non possiede solo proprietà eccezionalmente vantaggiose, ma anche un difetto notevole. Infatti, essendo composto principalmente da atomi di carbonio, risulta quasi impossibile da disperdere in acqua. Ciò porta a notevoli difficoltà nel suo impiego in ambiente biologico. La ricerca, infatti, si sta muovendo verso la sintesi di un nanomateriale a base di grafene facilmente disperdibile in acqua.

Come avrete ormai notato, il grafene, è un nanomateriale davvero intrigante e dalle infinite possibilità. La ricerca di una sintesi che coniughi al meglio resa di produzione e qualità di un materiale a base di grafene disperdibile in acqua non è ancora completa. Questa mancanza non va vista come una limitazione, bensì come un’opportunità per aumentare l’applicabilità di un nanomateriale dalle proprietà uniche!

Leonardo Giaccari
Leonardo Giaccari
Ha conseguito la Laurea in Chimica nel 2023 presso l’Università “La Sapienza” di Roma con uno studio sulla sintesi e caratterizzazione dell’ossido di grafene carbossilato ridotto. Attualmente si occupa di sintesi e caratterizzazione di materiali a base di grafene nello stesso laboratorio. Cura il progetto divulgativo “Chimica404”, attivo principalmente su Instagram.
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