GraphExeter, il grafene super performante

Intervista a cura di Daniele Bettini

«La struttura del GraphExeter ricorda quella della lasagna, dove gli strati di pasta corrispondono agli atomi di carbonio (grafene) e la salsa di pomodori corrisponde alle molecole di FeCl3 che si diffondono fra gli strati. Il materiale che risulta è un super-grafene» spiega Saverio Russo, professore associato all’Università di Exeter del Centre for Graphene Science nel gruppo di ricerca che ha inventato il GraphExeter. In pratica il nuovo materiale è stato creato schiacciando uno strato di molecole di cloruro ferrico tra due di grafene, il risultato è che, pur aumentando la conducibilità elettrica non si perde la caratteristica trasparenza. Infatti se tutti i metalli hanno colori ben definiti e riflettono la luce, proprio come gli specchi, il GraphExeter è praticamente invisibile dal momento che assorbe meno del 2% della luce che lo attraversa.
«Come conduttore di elettricità le sue prestazioni sono più di 1000 volte superiori a quelle del grafene – continua Russo – ma non finisce qui, il nostro ultimo lavoro pubblicato su Nature Scientific Reports, presenta dei risultati sperimentali assolutamente inaspettati dalla comunità scientifica. Il materiale costituente il graphExeter, è altamente solubile in acqua e igroscopico, quindi molti di noi si aspettavano che le sue proprietà si sarebbero dovute deteriore rapidamente in presenza di umidità. La nostra ricerca mostra, invece, un’inaspettata stabilità anche con il 100% di umidità. Ancora più sorprendente è la scoperta che le proprietà di questo super-materiale non decadano fino ai 600°C, il doppio della temperature a cui il GraphExeter viene sintetizzato».
Sulle possibili applicazioni e sulle potenzialità commerciali del materiale Russo non ha dubbi: «Oggi, il conduttore trasparente in uso negli schermi televisivi (Indium-Tin-Oxide, ITO) ha raggiunto un prezzo di mille dollari al chilogrammo. La richiesta mondiale per gli schermi televisivi è di 550 tonnellate annue corrispondente a un costo di 550milioni di  dollari. Il graphExeter può essere fabbricato a costi ridotti, fino a 10 volte minori rispetto all’ITO. In questo caso risulta evidente che rimpiazzare l’ITO con GraphExeter potrebbe abbassare significativamente i costi degli schermi televisivi, che acquisirebbero anche delle straordinarie qualità in termini di flessibilità (mentre l’ITO è un materiale estremamente rigido)».
Ma non solo, infatti, la capacità del GraphExeter di sostenere tassi di umidità elevatissimi e temperature molto alte è essenziale per sensori che lavorano in condizioni estreme. Ad esempio, sonde spaziali che studiano sorgenti particolarmente calde come il sole, potrebbero avvicinarsi di più se i cavi dei loro circuiti non si scogliessero. Rimpiazzare i cavi metallici in sonde e satellite con GraphExeter ridurrebbe il peso di queste sonde di almeno 1/3, riducendo drasticamente le spese associate ai carburanti e al design dei razzi necessari per mandarle in orbita.
Allo stesso tempo potrebbe interessare anche le centrali nucleari che hanno ambienti con condizioni di umidità e temperature estreme. Anche in questo caso, la stabilità del GraphExeter permetterebbe lo sviluppo di sensori ultra-stabili. Dopo il disastro di Fukushima, è diventato sempre più chiaro che ci sono vari ambienti nelle centrali in cui l’elettronica disponibile sul mercato non può funzionare a causa delle limitazioni imposte dalle proprietà dei materiali in uso. Sensori basati su GraphExeter ci avrebbero permesso di monitorare zone di questi impianti d’importanza critica.


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Università di Exeter

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