Wednesday, 21 Nov 2018

Il grafene e le sue applicazioni

da Shine!

Dalla sua creazione, avvenuta nel 2004 ad opera di Andrej Gejm e Konstantin Novoselov dell’Università di Manchester, scoperta che gli è valso il Nobel, sono sempre più numerose le applicazioni e gli utilizzi individuati per questo eclettico materiale.

Il grafene, avendo uno spessore pari a un atomo, è la sostanza più sottile mai creata dall’uomo. Praticamente, una pellicola di grafene ha le stesse dimensioni che otterremmo se dividessimo la sezione di un capello in 10000 parti. Il grafene è composto da atomi di carbonio disposti su un reticolo bidimensionale a nido d’ape.

grafene

Reticolo cristallino del grafene. Da https://faraday.fc.up.pt/…/admin/copy_of_teste/image

Nonostante la sua recente scoperta, questo materiale ha da subito attirato l’attenzione di molti gruppi di ricerca accademici nel campo della nanoelettronica, proprio per le interessanti e peculiari proprietà fisiche che lo caratterizzano.

Ad esempio, gli elettroni riescono a viaggiare in questo materiale con velocità prossime a quelle della luce. Dal punto di vista ingegneristico, il grafene mostra effetti legati al trasporto di carica elettrica e proprietà fisiche, che fanno intravedere possibili applicazioni nei dispositivi elettronici di prossima generazione.

Il grafene si comporta infatti come un conduttore dalle eccezionali proprietà sia elettriche che termiche, e che lo rendono un potenziale candidato per sostituire il rame nei  nostri computer.

L’interesse strategico nei confronti del grafene dal punto di vista industriale è sicuramente confermato dalle ricerche intraprese nel settore dalle maggiori industrie come INTEL e IBM, che rivolgono da sempre i loro sforzi al fine di trovare soluzioni tecnologiche che garantiscano il perpetuarsi della “Legge di Moore”, che afferma che il numero di componenti contenuti nei circuiti integrati (come i processori dei nostri portatili) deve raddoppiare ogni 18 mesi.

Fino ad oggi, la tecnologia in silicio ha dimostrato la propria superiorità rispetto a tutte le soluzioni che si sono presentate sulla scena mondiale. D’altra parte, questa tecnologia presenta dei limiti intrinseci legati principalmente alle enormi densità di potenza in gioco. Si pensi per esempio che all’aumentare della complessità dei processori, il flusso di calore sta ormai raggiungendo valori prossimi a quelli presenti nei reattori delle centrali nucleari! Risulta chiaro che soluzioni alternative sia in termini di architettura dei transistori, che in termini di materiali utilizzati devono essere prese in considerazione.

Untitled

Esempio di dispositivo in grafene

Il grafene, perciò, per le sue proprietà termiche straordinarie potrebbe risolvere questi problemi. Inoltre, l’eccezionale mobilità delle cariche, accompagnata da opportune soluzioni architetturali, potrebbe permettere la realizzazione di transistori a bassissimo consumo per applicazioni portatili come telefoni cellulari o palmari, che potrebbero essere ricaricati una volta al mese, invece che ad intervalli di qualche giorno.

Nonostante i dubbi relativi a questo nuovo tipo di materiale siano ancora numerosi, le aspettative nei confronti del grafene sono grandi, come confermato dall’assegnazione del Nobel per la fisica a soli 6 anni dalla sua scoperta.

Alcuni recenti pubblicazioni lo indicano come componente fondamentale per filtri in grado di desalinizzare l’acqua di mare, per protesi per disabili di uova concezione, per batterie d’auto più efficienti e di maggiore durata, per carrozzerie d’auto più flessibili e resistenti, in fisica della materia per la realizzazione di superconduttori, CPU, microchips e celle fotovoltaiche.

Insomma, un materiale che, molto probabilmente, finirà per diventare indispensabile in moltissimi settori dell’industria e dell’energia. Con il grafene, il futuro ha inzio.

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