A cosa serve il Grafene? “Non lo so. E’
come presentare un pezzo di plastica a
un uomo di un secolo fa e chiedergli
cosa ci si può fare.”
(Andre Geim, premio Nobel per la
Chimica 2010 per la scoperta del grafene)
Mentre scrivo su questa tastiera ritornano nella mente i ricordi della mia infanzia.
Una matita appuntita che su un foglio bianco disegnava un mondo misto tra fantasia e realtà, con case, unicorni, prati fioriti, alberi e un sole enorme, quanto splendeva quel sole.
Avevo circa 10 anni quando mi accorsi che a quei disegni mancava solo la parola. Raccontavano solo degli istanti brevi e precisi. Io volevo invece raccontare storie.
Ed ecco che, con quella stessa matita, iniziai a descrivere con le parole quei disegni che creava la mia fantasia. La punta di quella matita si consumava man mano che scorreva su quel foglio bianco lasciando una traccia di sé, nello stesso identico modo in cui la mia fantasia tracciava quelle storie nella mia mente.
Un giorno a scuola mi parlarono di un esperimento molto semplice che può essere fatto da chiunque a casa: prendere un pezzettino di nastro adesivo e posarlo leggermente sul segno della matita.
Così facendo sulla colla del nastro si possono raccogliere i residui di polvere di matita.
Provai e così isolai il grafene dalla grafite.
Grafite e grafene: cosa sono e qual è la loro importanza scientifica.
Anche se Il termine “matita” deriva dal latino “(lapis) haematites” – “(pietra) di ematite”, dalla quale nel XVI secolo si ricavavano i bastoncini di ematite (in alternativa si utilizzava anche il carbone) per scrivere, dalla seconda metà del XVI secolo l’anima verrà per sempre sostituita proprio dalla grafite, chiamata così al greco “grapho” che vuol dire “scrivo”.
La grafite è un minerale che rappresenta una delle cosiddette “forme allotropiche del carbonio”, ovvero le forme delle strutture che gli atomi di carbonio possono creare legandosi tra di loro. Questa struttura a sua volta dipende dalle condizioni di pressione e temperatura alle quali il materiale è sottoposto.
Prima di proseguire vorrei aprire una piccola parentesi in merito agli atomi. Tutta la materia che ci circonda, quella visibile e quella invisibile (ad esempio l’aria), è costituita da piccolissime particelle chiamate “atomo”. A seconda del tipo di atomo (la Tavola Periodica degli Elementi annovera 118 atomi diversi) e a seconda dei legami esistenti tra gli atomi (forti o deboli) si genera il mondo che ci circonda. Anche noi siamo fatti di atomi, per la precisione siamo costituiti da atomi di carbonio (al seguente link una simpatica rappresentazione di Piero Angela e Bruno Bozzetto sugli atomi e sui fondamenti della meccanica quantistica).
Ma torniamo a noi.
Oltre alla grafite, le altre forme allotropiche del carbonio sono il diamante, il grafene, il fullerene e i nanotubi, di cui riporto un immagine esemplificativa. I pallini neri rappresentano gli atomi di carbonio, mentre le linee che uniscono un pallino con l’altro rappresentano i legami forti tra i vari atomi.
La domanda a questo punto nasce spontanea: può un pezzo di carbone diventare diamante? La risposta è: certamente!
A certe condizioni però, ovvero avendo a disposizione un forno a 1300°C e una pressione di 70.000 atmosfere. Spesso i diamanti vengono infatti sintetizzati dall’uomo. In natura, invece, ritroviamo queste condizioni ad oltre 150km di profondità dal suolo terrestre.
Il grafene e le sue proprietà
Guardando l’immagine, ci rendiamo subito conto di cosa è successo durante il nostro esperimento precedente, quello del nastro adesivo che raccoglie il segno inciso sul foglio dalla grafite della matita.
Ebbene la grafite è composta da piani di esagoni di atomi di carbonio posti parallelamente gli uni sugli altri, legati tra di loro da legami deboli, quindi da legami che possono essere rotti facilmente.
Quando con una matita scrivo su un foglio di carta sto in realtà rompendo i legami deboli e sto sfaldando questi piani, che man mano si depositano sulla carta. Ogni singolo piano preso separatamente è grafene.
Questo materiale, scoperto solo nel 2004, è soprannominato “il materiale delle meraviglie”.
Si può pensare al grafene come ad un sottilissimo lenzuolo dalle proprietà eccezionali:
- È un ottimo conduttore termico ed elettrico, migliore del rame.
- Rispetto all’acciaio è 10 volte più duro e con una resistenza meccanica 100 volte maggiore.
- In più si tratta di un materiale molto leggero (la sua densità è 0,77 mg/m2, ovvero 1000 volte più bassa della densità di un foglio di carta), un campo di calcio ricoperto da uno strato di grafene peserebbe poco meno di 6 grammi.
- È trasparente come il vetro.
- Malleabile, può essere piegato come la plastica.
- Sottilissimo, dello spessore di un solo atomo.
Date queste caratteristiche sono facilmente immaginabili le innumerevoli applicazioni nell’elettronica, dai transistor ai sensori, e nel campo energetico con le batterie e le celle solari organiche.
Oggi abbiamo semplicemente scoperto questo elemento che da secoli abbiamo avuto sotto i nostri occhi, in un mio prossimo articolo vi farò entrare nel mondo della ricerca, facendovi conoscere un interessante applicazione appena citata: le celle fotovoltaiche organiche.
Photo: Free-Photos da Pixabay
