L’erede di silicio e plastica

E’ il materiale piu' sottile del mondo perche' ha lo spessore di un atomo, ed e’ capace di assumere le proprieta' piu' diverse. Sebbene le applicazioni siano ancora lontane, per molti e' gia' l'erede del silicio cosi' come l'ingrediente fondamentale per la plastica del futuro, resistente al calore e capace di condurre elettricita'.

Dalla scoperta del grafene, avvenuta nel 2004 e premiata nel 2010 con il Nobel per la Fisica, numerosi gruppi di ricerca nel mondo (molti dei quali in Italia) sono al lavoro per ottenere dispositivi elettronici miniaturizzati (dai computer ai telefonini), touch screen e celle solari, pannelli luminosi flessibili, sensori per ambiente e biomedicina. Il grafene e’ anche uno dei materiali piu' versatili del mondo, ''figlio'' dello stesso carbonio che e' all'origine della vita e che, a seconda della struttura che assume puo' diventare morbido come la grafite delle comuni matite o durissimo come il diamante. Riuscire a ottenere il grafene e' stata una scommessa perche' all'epoca della scoperta nessuno pensava che sarebbe stato possibile ottenere un foglio praticamente bidimensionale di questo materiale in modo stabile a temperatura ambiente. Tutte le straordinarie proprieta' del grafene derivano dal fatto che nella sua struttura sottile come un atomo gli elettroni, che conducono elettricita', si comportano come particelle prive di massa molto simili alle particelle di luce (fotoni). Sebbene sia una particolare forma di carbonio, il grafene e' un materiale completamente nuovo: conduce elettricita' come il rame, non ha rivali come conduttore di calore, inoltre e' completamente trasparente e nello stesso tempo cosi' denso che non riescono ad attraversarlo nemmeno i piu' piccoli atomi di gas, quelli di elio. Averlo a disposizione significa aprire le porte ad una miriade di future applicazioni che vanno dall'elettronica alla scienza dei materiali, dalla fisica delle particelle alla fisica quantistica. Ottimo conduttore di calore e di elettricita', denso e trasparente, il grafene e' un jolly a per la ricerca come per l'industria.

Se i fisici delle particelle e della materia lo considerano ideale per i loro esperimenti, e' prezioso per ottenere nuovi materiali adatti a costruire satelliti, aerei e automobili. Potrebbero essere di grafene i futuri transistor e i chip, piu' veloci e piccoli rispetto a quelli attuali di silicio, cosi' come display per computer sottili come un foglio di carta e arrotolabili. Mescolato alla plastica (sarebbe sufficiente l'1%) puo' trasformarla in conduttore, irrobustirla e renderla resistente al calore

Il grafene è stato scoperto dai fisici Andre Geim e Konstantin Novoselov, entrambi dell’università britannica di Manchester, grazie ad una striscia di nastro adesivo. I due ricercatori l’avevano usata per tirare via uno strato di grafite, il materiale derivato dal carbonio di cui sono fatte le comuni matite. All'inizio ''strappavano'' via piu' strati di grafene, ma ripetendo la stessa operazione dieci o venti volte, ottenevano strati sempre piu' sottili. Bisognava pero' riuscire a isolare il grafene dai numerosi frammenti di grafite che ancora resistevano: per riuscirci decisero di far aderire lo strato piu' sottile ottenuto ad una lastra di silicio. Osservando la lastra al microscopio si distinguevano i singoli strati di grafene grazie a un effetto simile all'arcobaleno che si crea quando una goccia di benzina finisce in acqua. Ogni strato, spesso quanto un atomo, aveva una struttura cristallina praticamente bidimensionale e soprattutto era stabile a temperatura ambiente. Il grafene, la cui esistenza era stata prevista dal 1987, era diventato una realta': significava avere a disposizione un materiale dalle proprieta' eccezionali. Nella sua struttura regolare simile a un reticolo di esagoni, gli elettroni si comportavano come particelle di luce (fotoni) e non valevano piu' le leggi della fisica classica, ma quelle della fisica quantistica.