Il grafene: proprietà, tecniche di preparazione ed applicazioni

Il grafene: proprietà, tecniche di preparazione ed applicazioni

Marzo 30, 2016 0 Di wp_9446713

Uccidere i batteri tagliandone le pareti come una lama, oppure soffocandoli come se si intrappolassero con un lenzuolo, o ancora alterandone il metabolismo impedendo che si moltiplichino: così il grafene, materiale più sottile del mondo che deriva dalla comune grafite delle matite, promette di diventare un potente disinfettante.

I ricercatori hanno scoperto che l’ossido di grafene può annientare batteri e funghi responsabili di infezioni diffuse negli ospedali, come lo Staphylococcus aureus e la Candida albicans.
Secondo Papi “il grafene potrebbe divenire un ‘disinfettante’ ospedaliero, siamo vicini a questo traguardo. Col duplice vantaggio ulteriore che il grafene è una molecola rispettosa dell’ambiente e ha dei costi contenuti. Infine, oltre che come disinfettante, il grafene potrebbe essere usato per rivestire strumenti medici e chirurgici e in questo modo potrebbe contribuire a ridurre le infezioni, soprattutto dopo un intervento chirurgico, oltre che l’uso di antibiotici e la resistenza agli antibiotici”.

Il grafene è uno strato monoatomico di atomi di carbonio organizzati secondo una struttura cristallina a celle esagonali (figura 1). Tale struttura di base ha conformazione planare e pertanto lo strato monoatomico si presenta come un materiale bidimensionale. Il grafene, i cui atomi di carbonio sono ibridizzati 2, può essere considerato come la struttura di base per la costruzione di tutti gli altri materiali grafitici noti come il fullerene (0D), i nanotubi di carbonio (1D), la grafite (3D). Studi teorici risalenti a più di sessant’anni fa (i primi lavori risalgono al 1947) hanno dimostrato che il grafene, per via della particolare geometria del sistema e della configurazione elettronica del carbonio, possiede una struttura elettronica a bande del tutto peculiare, con caratteristiche meccaniche, oltre che elettroniche, eccezionali. Fino alla scoperta di Geim e Novoselov, si riteneva però che un tale materiale non potesse esistere allo stato isolato perché termodinamicamente instabile rispetto alla formazione di strutture curve come i fullereni o i nanotubi. Pur tuttavia, ci sono stati negli anni diversi tentativi di estrarre il singolo strato monoatomico dal materiale bulkcorrispondente, la grafite. Quando, nel 2004, fu realizzato il primo dispositivo basato su di un singolo strato di grafene fu finalmente aperta la strada per la validazione sperimentale delle predizioni teoriche fatte sulle sue proprietà ed i risultati di queste sperimentazioni a tutt’oggi non smettono di stupire e consentono di predire che questo materiale avrà un ruolo centrale nel progresso scientifico e tecnologico dei prossimi anni.

In ENEA l’attività sul grafene è portata avanti nel laboratorio Materiali e Dispositivi di Base (MDB) dell’Unità Tecnica Tecnologie Portici, a all’interno dell’Unità Tecnica Tecnologie dei Materiali, sfruttando tecniche di fabbricazione diverse e complementari. In questo articolo si darà principalmente conto della attività svolta nel Centro Ricerche di Portici.

Le applicazioni del grafene

Il grafene, indicato come il materiale delle meraviglie, ha suscitato l’entusiasmo dei ricercatori che stanno ora attivamente cercando di esplorarne tutte le potenzialità in diversi settori applicativi.

Una delle prime applicazioni indagate con successo è la preparazione di nano compositi polimerici per i quali si osservano gli straordinari miglioramenti di diverse proprietà come la conducibilità elettrica, la stabilità termica il modulo elastico o la resistenza alla trazione, in seguito all’inserimento nella matrice polimerica di grafene o altre nano strutture basate sul grafene.

L’impiego del grafene in elettronica è molto promettente in virtù dell’elevata mobilità dei portatori di carica e del basso rumore, peculiarità ben sfruttabili nella fabbricazione di transistor a effetto di campo (FET) ad alte prestazioni. Nel febbraio 2010 è stata annunciata la realizzazione di un FET in grafene fabbricato su un wafer da 2 pollici con una frequenza di taglio pari a 100 GHz; partendo da un bilayer di grafene si è anche realizzato un FET dual-gate con un rapporto on / off di circa 100 a temperatura ambiente e pari a 2.000 a 20 °K.

Fonti :  http://www.ansa.it/scienza/notizie/rubriche/tecnologie/2016/03/29/il-grafene-killer-dei-batteri_4dcdc948-6862-46eb-a1b8-93dac47ffb2a.html

http://www.enea.it/