Il grafene dietro il Nobel per la Fisica 2010

Il grafene dietro il Nobel per la Fisica 2010

Il Premio Nobel per la Fisica, uno dei più prestigiosi riconoscimenti scientifici a livello mondiale. è stato assegnato quest’anno ad una coppia di ricercatori dell’Università di Manchester per avere dimostrato le inusuali e sorprendenti proprietà del grafene.

Lo scorso 5 ottobre 2010 la Royal Swedish Academy of Sciences ha assegnato il Premio Nobel per la Fisica, uno dei più prestigiosi riconoscimenti scientifici a livello mondiale, ad una coppia di ricercatori dell’Università di Manchester per avere dimostrato le inusuali e sorprendenti proprietà del grafene.

Andre Geim e Konstantin Novoselov, i due ricercatori entrambi di origine russa, sono stati insigniti dell’importante riconoscimento per essere stati i primi ad eseguire esperimenti significativi sul grafene, una struttura bidimensionale composta da atomi di carbonio. I loro risultati vennero pubblicati sulla rivista Science nell’ottobre 2004. Il grafene è un materiale con alcune caratteristiche eccezionali: è il migliore conduttore di elettricità a temperatura ambiente ed il materiale più resistente finora conosciuto. E’ anche un ottimo conduttore di calore, è trasparente, e flessibile. L’esistenza del grafene era già stata ipotizzata diversi anni fa, ma si è dovuto attendere il 2004, grazie al lavoro svolto dai due ricercatori, prima di riuscire ad isolarlo dimostrandone le proprietà e soprattutto la stabilità (un requisito fondamentale per il suo utilizzo a livello pratico). In quell’anno, i due ricercatori riuscirono ad isolare il grafene (un singolo strato di atomi di carbonio) in laboratorio utilizzando un metodo semplicissimo basato sul…
nastro adesivo! Una fedele ricostruzione di questo ingegnoso meccanismo è mostrata nel seguente video:

Quindi anche a noi, senza saperlo, ci sarà magari capitato di produrre del grafene utilizzando una comune matita ed un foglio di carta! Il grafene è un materiale disponibile naturalmente in natura, poichè la grafite (come quella contenuta nelle tradizionali matite) consiste in pratica nella sovrapposizione di più strati di grafene.

Lo studio compiuto dai due fisici nel 2004 dimostrò non soltanto l’esistenza del grafene, ma fu soprattutto in grado di evidenziarne le sue notevoli proprietà elettriche, collegando due elettrodi ad una struttura di grafene. Una prima proprietà dimostrata dal grafene è che gli elettroni si muovono in questo materiale con una mobilità elevatissima, quasi non avessero alcuna massa: è stata infatti misurata una velocità di spostamento pari ad 1 milione di metri al secondo, non male se confrontata alla velocità della luce nel vuoto (300 milioni di metri al secondo). La struttura regolare del grafene, inoltre, fa sì che gli elettroni, muovendosi al suo interno, subiscano delle attenuazioni minime a differenza di altri materiali in cui essi subiscono numerosi “rimbalzi”. Altre caratteristiche chimico-fisiche del grafene sono la sua robustezza (è 100 volte più resistente dell’acciaio, a parità di spessore), la possibilità di essere allungato facilmente, la sua quasi totale trasparenza (assorbe solamente il 2.3% della luce incidente, indipendentemente dalla sua lunghezza d’onda), e la sua compattezza (persino gli atomi di elio, i più piccoli in assoluto, non riescono ad attraversare il grafene). Tutte queste proprietà ne suggeriscono l’impiego nei monitor e display touchscreen, nelle celle solari e nei materiali leggeri. La conducibilità elettrica (10 volte superiore a temperatura ambiente a quella del rame) è accompagnata anche da quella termica, per cui il grafene è anche utilizzabile come condutore flessibile. Ricordiamo che i ricercatori IBM hanno già ottenuto risultati molto significativi nella realizzazione di array di transistor al grafene (leggi anche QUESTO BLOG). Va comunque sottolineato che la sorprendentemente semplice tecnica utilizzata da Geim e Novoselov è adatta alla produzione di grafene solo in piccole quantità (quello che serve ad esempio per gli studi di laboratorio). Per la produzione industriale, negli anni dal 2004 ad oggi, sono state sviluppate tecniche più adatte anche se concettualmente simili a quella originaria, e comunque ancora oggi sono allo studio dei procedimenti che permettano la produzione di grafene su larga scala a costi non elevati.

C’è anche un aspetto molto affascinante del grafene: esso infatti deriva dal carbonio, l’elemento della tavola periodica che è alla base della catena del DNA e che si trova in tutte le forme di vita presenti sulla terra. Madre natura ci sta forse indicando la strada da seguire?

L’immagine seguente mostra la tipica struttura del grafene, uno strato singolo di atomi di carbonio combinati in una struttura esagonale, con una distanza tra ogni atomo pari a solo 0.142 nm.

Sito ufficiale Premio Nobel

3 Comments

  1. slovati 19 novembre 2010
  2. Rossella De Marchi 17 novembre 2010
  3. Edi82 Edi82 18 novembre 2010

Leave a Reply

Vuoi leggere un articolo Premium GRATIS?

RFID: un acronimo mille possibilità