Innovazione

Grafene verso la produzione industriale

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Forte, leggero, sottile, (valido) conduttore, il grafene è uno dei materiali del nostro secolo. Ed è pronto a fare il grande salto verso la produzione industriale

 

Il grafene, l’erede del silicio, grazie ad un progetto europeo guidato dall’Italia, con l’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (Inrim), si prepara ad entrare in produzione industriale. Il grande salto rivoluzionerà il mondo dell’elettronica e dell’energia: forte, leggero, sottile, (valido) conduttore, il grafene è uno dei materiali del nostro secolo. È estremamente resistente e rigido (100 volte più dell’acciaio), trasparente e flessibile. Ma andiamo per gradi.

Cosa è il grafene

grafeneIl grafene è un materiale costituito da uno strato monoatomico(di spessore un atomo, cioè tra 0,1 e 0,5 nanometri) di atomi di carbonio, in cui gli atomi si dispongono a formare esagoni regolari con angoli di 120°. Per ottenerlo si tratta la grafite (un minerale associato al carbonio) con una soluzione di acido solforico e nitrico.

Le mille proprietà del grafene

Il grafene è un materiale davvero versatile. Le sue proprietà elettriche unite alla buona conducibilità del materiale, fanno sì che le applicazioni più promettenti del grafene siano legate al mondo dell’elettronica e dell’energia. Questo materiale potrebbe essere adatto alla produzione di touch screen stampabili su fogli di plastica invece che di vetro e alla realizzazione di panelli solari e celle solari.

La proprietà di assorbimento saturabile lo rende candidabile a possibili applicazioni nel campo dei laser e nella fotonica ultraveloce. Questo materiale potrebbe anche sostituire il metallo in giunzioni Schottky. Anche i droni, come scrive Bloomberg, potrebbero essere realizzati in grafene.

Non solo. Il grafene si è rivelato anche un ottimo alleato della buona medicina. Uno studio della Monash University ha svelato che i fogli di ossido di questa materia possono cambiare struttura e diventare gocce di cristalli liquidi spontaneamente. Si tratta di una scoperta cruciale: tali gocce, infatti, potrebbero essere utilizzate per rilevare le malattie.

Al via la produzione industriale

In tanti hanno studiato questo materiale delle meraviglie. E ora potrebbe arrivare una svolta importante: il grafene, si prepara a fare il grande salto che gli permetterà di entrare nella produzione industriale, grazie ad un progetto europeo guidato dall’Italia, con l’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (Inrim).

Il lavoro permetterà, per prima cosa, di confrontare le tecniche volte alla produzione industriale finora messe a punto, tutte costose e difficili, con l’unico obiettivo di cercare soluzioni più accessibili. Dopo si passerà a stabilire regole per la produzione industriale che garantiscano la qualità del prodotto finale.

“Transistor, microprocessori e circuiti integrati potranno beneficiare della mobilità degli elettroni che nel grafene è particolarmente elevata”, ha commentato Luca Callegaro, ricercatore dell’Inrim e coordinatore del progetto triennale Grace, finanziato dal programma europeo Empir, il cui obiettivo è produrre conoscenze sulle proprietà del grafene da utilizzare come base per elaborare una normativa internazionale. “Dai nostri esperimenti deriveranno le linee guida sulla base delle quali lo Iec potrà redigere la normativa e allora il grafene, realizzato secondo standard riconosciuti e dotato di proprietà definite e certificate, potrà trovare tutte le applicazioni che le sue molteplici proprietà suggeriscono“.

Chi partecipa al progetto

Partecipano ai lavori, appena avviati, gli istituti metrologici di Spagna (Cem, Centro Espaol de Metrología) e Regno Unito (Npl, National Physical Laboratory e Università di Manchester) con le aziende spagnole DasNano e Graphenea, la tedesca Isc (International Standards Consulting) e gli enti normativi Vde (Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik), l’Associazione per le tecnologie elettriche, elettroniche ed informatiche con sede di Germania, e Iec (International Electrotechnical Commission).

Grafene nel fotovoltaico, per produrre energia anche con pioggia

fotovoltaicoIl fotovoltaico si evolve: i nuovi pannelli solari saranno in grado di riprodurre elettricità anche quando piove. Alcuni ricercatori cinesi, hanno dato vita ad un pannello dotato di uno strato di grafene (uno strato di carbonio con lo spessore di un atomo, disposto in una struttura simile a quella di un alveare), che produce energia anche con la pioggia.

Gli esperti hanno testato la cella di Grätzel, così è denominata la nuova cella rivestita dal grafene, grazie ad una miscela di acqua e sale (si è provato a riprodurre la pioggia), notando che l’idea funziona. Quando l’acqua ha toccato la superficie dei pannelli solari, le particelle ionizzate di sale nell’acqua (ammonio, sodio e calcio, caricate positivamente) sono state separate dall’acqua per produrre elettricità.

Il nuovo pannello fotovoltaico è ancora in fase di sviluppo: l’efficienza nella conversione è del 10/11%, con un record del 15% raggiunto da alcuni prototipi. In fase di test, i pannelli hanno mostrato una conversione di energia pari al 6,53%. Si lavora ancora, dunque, per migliorare le prestazioni.

C’è da dire, anche, che l’acqua piovana contiene una varietà grande di ioni, ma non è salata. I ricercatori cinesi, quindi, dovranno capire come i pannelli potranno generare energia in situazioni più simili a quelle dell’acqua piovana.fotovoltaico

Quanto vale il mercato del grafene?

Se negli anni passati il grafene è stato appannaggio di università e centri di ricerca, le potenzialità e le numerose applicazioni di questo materiale lo rendono appetibile anche alle aziende private, sempre più interessate ad investire in questa materia: si spera quindi che si passi da una produzione pilota ad una più matura e meno costosa. Il grafene dovrebbe generare un mercato che vale 278 milioni di dollari entro il 2020, con un tasso di crescita di quasi il 43% tra il 2015 e il 2020. Alcuni settori, come l’elettronica, faranno registrare anche una crescita maggiore.

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