Il futuro dell’Elettronica

Nel 2004  Andre Geim e Konstantin Novoselov, due fisici dell’Università di Manchester, scoprirono il grafene, sostanza che nel 2010 gli valse il premio Nobel per la Fisica. Ma che cos’è?

-Il più resistente materiale mai scoperto, 100 volte più resistente dell’acciaio;
-Uno straordinario conduttore elettrico, al pari del rame;
Quasi trasparente, ma talmente denso che nemmeno l’elio, il più piccolo gas atomico, può attraversarlo;
Sottilissimo, lo spessore è pari a quello di un atomo;
Ultra sensibile alle variazioni in ambito microscopico.


Dove si trova
?

Nelle comunissime matite che vengono utilizzate dal XVI secolo.

Come si ottiene
?

1) Armarsi di scotch, matita e di buona volontà;
2)
Far aderire la punta della matita allo scotch, e poi toglierla sincerandosi che la grafite si sia depositata;
3)
Ripiegare dalla parte appiccicosa lo scotch, chiudendola come se si piegasse un foglio di carta;
4)
Riaprire lo scotch;
5)
Ripetere  i punti 3 e 4 più volte fino ad ottenere un solo strato di grafite ( ovvero il grafene).

 

Com’è fatto?
Image

Uno strato di grafene

Il Grafene è costituito da un solo strato di atomi di carbonio disposti sullo stesso piano che formano celle esagonali.
Nel caso ci siano imperfezioni riguardo gli angoli con cui si legano gli atomi ( e che quindi le celle diventino pentagonali o ottagonali) si forma un altro composto detto Fullerene la cui forma ricorda un pallone da calcio.


A cosa può servire?

Le possibili applicazioni del grafene sono molteplici ed essendo appena stato scoperto probabilmente non se ne comprendono ancora tutte le potenzialità.

“Siamo all’inizio di un nuovo paradigma.
E’ difficile capire cosa potremo fare con questo materiale.
Immaginatevi 100 anni fa quando trovarono le fantastiche proprietà dei polimeri: nessuno sapeva cosa farci.
Vent’anni dopo iniziò a diffondersi la plastica. Penso che il grafene potrebbe cambiare la nostra vita come fece la plastica”
ha affermato Andre Geim

Grazie alla sua conducibilità il grafene ci permetterebbe di ottenere computer velocissimi  (computer quantistici, nano-transistor superconduttivi, dispositivi quantistici ad un elettrone);
– La sua sottigliezza e trasparenza permetterebbero la creazione di impianti fotovoltaici con prestazioni infinitamente superiori rispetto a quelli moderni ( più altre applicazioni in ambiti in cui sia presente la luce);
– Sempre grazie alla sua sottigliezza, aggiunta all’incredibile resistenza, sarà possibile probabilmente realizzare schermi ultrasottili che potrebbero andare a sostituire gli odierni touch screen e magari i giornali ( possibile risposta a uno dei post precedenti di Roberto: “Internet ha ucciso i giornali” )
– Considerate le sue proprietà microscopiche non sono esclusi impieghi nell’ambito biomedico.
Inserito nella plastica consentirebbe la creazione di materiali leggeri e sottili ma resistenti agli urti e alle alte temperature ( usarsi nei satelliti, negli aerei o nelle auto).
– Grazie alla sua sensibilità a livello atomico potrebbe essere utilizzato per costruire sensori anti-inquinamento;
– Unito all’idrogeno diventa un ottimo isolante, il grafano.
– Ecc, ecc, ecc…

Questo video, in Inglese, spiega in modo molto simpatico la maggior parte delle cose scritte sopra.

La traduzione in italiano, cui ha gentilmente collaborato il signor Vittorio Fornero ( che ha minacciato di citarmi in tribunale qualora non lo avessi citato) è questa qui.


Prova a immaginarti questo:

Sei stato sbattuto in una stanza squallida, e ti è stato detto che non puoi andartene finchè non hai creato il materiale più sottile che l’uomo conosca.
E non solo. Deve anche essere il più resistente, il miglior termoconduttore, e capace di condurre elettricità quanto il rame.
Lo so, sembra una situazione disperata… ma per fortuna, tu sai qualcosa sulla nanotecnologia.
Tu sai che dei dispositivi molto, molto piccoli usano materiali che sono più piccoli di 100 nanometri. Ovviamente non devo essere io a dirtelo: un nanometro è un miliardesimo di un metro. È all’incirca la dimensione di 10 atomi. Ma come puoi creare qualcosa di così piccolo?
È ora di tirar fuori il MacGyver! Ti serviranno:
-una matita
-del nastro adesivo
e una sana dose di olio di gomito.
Una matita non contiene piombo, ma grafite, che consiste in lamine di carbonio in reticoli esagonali. Quanto scrivi, strati di grafite scivolano via dalla punta della matita e aderiscono alla carta. Di solito diversi strati sono sovrapposti uno sull’altro, ma una volta ogni tanto si ottiene un singolo strato di atomi di carbonio, e questo è chiamato Grafene.
Nel 2004 Andre Geim e Konstantin Novaselov crearono il Grafene usando nient’altro che grafite e nastro adesivo. Misero una scaglia di grafite sul nastro, lo piegarono in due, e divisero a metà la scaglia. Ripeterono questa procedura un certo numero di volte, e quindi studiarono i frammenti risultanti. A loro sorpresa, scoprirono che alcuni dei frammenti erano spessi un solo atomo!
Questo risultato fu particolarmente inaspettato perchè si pensava che un singolo strato di grafite non sarebbe stato chimicamente stabile, specialmente a temperatura ambiente.
Il Grafene conduce elettroni più velocemente di qualunque altra sostanza a temperatura ambiente, questo per via della qualità straordinaria del reticolo di carbonio. Gli scienziati non hanno ancora trovato neppure un solo atomo fuori posto nel Grafene! Poiché gli elettroni non sono dispersi da difetti del reticolo, si muovono così velocemente che per comprendere il loro movimento è necessario usare la relatività di Einstein.
E questo reticolo perfetto è creato dai forti, benchè flessibili, legami tra gli atomi di Carbonio, rendendo il materiale pieghevole, ma più duro del diamante!
Il Grafene è incredibilmente resistente! Se si potesse mettere in equilibrio un elefante su una matita, e sostenere la matita col Grafene, quest’ultimo non si romperebbe. La matita sì ovviamente…
Per la loro scoperta, Geim e Novaselov vinsero il premio Nobel per la Fisica nel 2010. E questo è solo l’inizio per il Grafene! Gli scienziati sono al lavoro per poter sfruttare le sue proprietà uniche, per creare touch-screen sottili, flessibili e trasparenti, computer più piccoli, veloci e energeticamente efficienti, materiali compositi resistenti, e celle solari più efficienti.
E ora prova a riflettere: questo è solo un aspetto della nanotecnologia! Quindi, per poter pensare in grande, devi prima considerare il molto piccolo. ”

Fonti:

http://ilcentro.gelocal.it/pescara/cronaca/2012/01/24/news/all-aquila-si-studiano-i-computer-del-futuro-con-la-novita-grafene-5565711

http://www.corriere.it/scienze_e_tecnologie/12_febbraio_15/grafene-caruso_5f5e0cf2-57b3-11e1-8cd8-b2fbc2e45f9f.shtml

http://www.tokum.it/hardware/grafene-il-futuro-dellelettronica/

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