La storia dell’umanità trova le sue pietre miliari fondamentali nella scoperta di materiali, medicinali o tecnologie che sono in grado di far svoltare la società, spesso in senso positivo.
È il caso del grafene, materiale trasparente e talmente denso che nemmeno un gas come l’elio riesce ad attraversarlo; forte e resistente – 200 volte più dell’acciaio – e più funzionale del rame come conduttore elettrico, ottimo anche come conduttore di calore.
Insomma, una vera e sensazionale scoperta quella che, ironia della sorte in questa fase cupa della storia umana, circa sette anni fa, portò due ricercatori russi – Andre Geim e Kostya Novoselov – a isolare il grafene, il materiale più sottile del mondo e composto da uno strato di atomi di carbonio disposti a nido d’ape.
Questo materiale ha una conformazione piana, con lo strato atomico disposto secondo una struttura cristallina a celle esagonali che gli conferisce un aspetto bidimensionale; dal grafene, i cui atomi sono ibridizzati – ovvero presentano una combinazione di due o più orbitali atomici – si ottengono altri materiali grafitici già noti e utilizzati, come il fullerene, i nanotubi di carbonio o la grafite.
Le proprietà del grafene
Il grafene è davvero un materiale stupefacente, con proprietà che lo rendono utilissimo in svariati campi della produzione industriale.
Questo perché il materiale è totalmente impermeabile, è biodegradabile – quindi a livello ambientale è un materiale molto apprezzato – può essere reso trasparente otticamente, ha dimostrato proprietà di resistenza meccanica molto elevate, proprietà eletto-conduttive e termo-conduttive superiori a quelle del rame e un ottimo rapporto tra superficie e peso – per dare un’idea, un foglio di grafene del peso di un grammo ha estensione pari alla metà di un campo da calcio.
Questa serie di proprietà lo rendono ottimo per molti utilizzi: già oggi viene utilizzato per la produzione di racchette, caschi, scarpe. Grazie alla sua struttura molecolare che può imitare la membrana cellulare, inoltre, può diventare un depuratore d’acqua o un filtro per l’aria, permettendo il passaggio selettivo delle sostanze.
Grazie alle sue proprietà elettriche può diventare una lampadina o una retina bionica, ma potrà anche essere utilizzato per la produzione di circuiti stampati; le sue capacità permetteranno di ottenere microfoni dinamici, decine di volte più sensibili degli altri.
Soprattutto, grazie alla combinazione di leggerezza e resistenza, il grafene diventerà il materiale da costruzione del futuro.
Le applicazioni del grafene
Le applicazioni pratiche e innovative di questo materiale sono molte; l’asfalto con Gipave, un supermodificante polimerico contenente anche grafene e una plastica da recupero appositamente selezionata, per esempio, consentirà di estendere la vita utile della pavimentazione stradale, limitando di conseguenza gli interventi di manutenzione e abbattendo i costi nel medio-lungo periodo.
Questa tecnologia brevettata, dal 2018 a oggi è stata utilizzata in dieci campi prova realizzati sia in Italia sia all’estero. Le sperimentazioni in Italia hanno riguardato, tra le altre, una taxiway dell’aeroporto di Roma-Fiumicino dedicata ai velivoli intercontinentali, una taxiway dell’aeroporto di Cagliari-Elmas, la SP 03 Ardeatina a Roma, la Strada Provinciale 35 Milano-Meda e la SP62 nei pressi di Laimburg (BZ).
In campo tessile, invece, il progetto Graphene inside the future utilizza il grafene su una vasta gamma di prodotti quali filati, fibre, membrane, ovatte, piuma e molti altri. Le applicazioni di grafene conferiscono ai comuni prodotti tessili caratteristiche uniche senza alterare la loro naturale composizione.
Per esempio, conferiscono ai capi di abbigliamento una maggiore capacità di assorbire, trasmettere e dissipare il calore rispetto ai materiali tradizionali, aumentandone al tempo stesso il comfort e le prestazioni termiche. Non solo, il grafene è anche antibatterico e trova quindi impiego nello sportswear poiché impedisce lo sviluppo di cattivi odori, ma anche in abito medicale grazie alla sua azione battericida.
Inserito nella lavorazione della pelle e del cuoio, il grafene dà maggiore durabilità. È questo il segreto di Conceria Nuvolari, realtà italiana con sede a Fermo nelle Marche che con Graphene Leather è riuscita a trasferire sul pellame le straordinarie caratteristiche tipiche di questo materiale costituito da un singolo strato di atomi di carbonio “robusto come il diamante e flessibile come la plastica” racconta Sara Santori, Ceo di questa azienda benefit che mostra un altro importante traguardo: la certificazione per Graphene Leather della sua capacità antibatterica al 99,99%.
La scarpa sportiva Norda 001 G+ Spike High Performance Trail, progettata per affrontare condizioni estreme, dalla corsa alle camminante in montagna, utilizza nella tomaia la membrana in grafene G+ che le conferisce un’ottima efficienza termica e uniforma la temperatura del piede, tenendolo al caldo.
Lo spessore minimo della tomaia, inoltre, assicura una maggiore leggerezza, elevata resistenza all’acqua, protezione antivento, agilità nell’utilizzo e proprietà antibatteriche per una maggiore igiene.
Ma le applicazioni future del grafene sono illimitate e numerose ricerche ne stanno studiando a fondo le proprietà. Per esempio, il Cnr-Nano ha ottenuto un materiale nuovo e versatile che integra grafene di alta qualità in uno spazio ridotto, offrendo una prospettiva innovativa in un gran numero di applicazioni, dalla nanoelettronica ai sensori fino a settore dell’energia.
“L’applicazione iniziale dello studio era rivolta allo stoccaggio di idrogeno: poiché è possibile immagazzinare idrogeno su una superficie di grafene, maggiore è la superficie e maggiore è la quantità di idrogeno accumulabile” spiega Stefano Veronesi di Cnr-Nano.
“Ma l’ampia superficie è un vantaggio decisivo anche per aumentare le prestazioni degli elettrodi nelle celle a combustibile, in batterie di nuova generazione e per la produzione di idrogeno assistita dalla luce solare (il cosiddetto solar Hydrogen) e nei sensori chimici, per esempio per rilevazione di sostanze rare nei gas“.
Insomma, il grafene non ha ancora finito di stupirci. In bene, ovviamente.
