Progetto: Virtual Immersions in Science della Scuola Normale Superiore

“Un Giorno da Ricercatore”

Relatore: Valerio Piferi e.mail address: vale.piferi@gmail.com Classe 1B Informatica Istituto Tecnico e Liceo G. Marconi di Civitavecchia

Il Grafene

Nel 2004 i due ricercatori russi Andre Geim e Kostya Novoselov hanno scoperto un nuovo materiale molto interessante, il Grafene, ormai noto come il “materiale delle meraviglie”. Il ricercatore, Geim, durante l’esperimento, voleva levigare un pezzo di grafite per renderlo sottilissimo ed invece produsse un singolo strato che nominò Grafene. La grafite è una struttura tridimensionale, quindi per i ricercatori è stato più semplice “distorcere” questo materiale tridimensionale per ottenere quello bidimensionale. Usando del nastro adesivo e un blocco di grafite riuscirono a isolare per la prima volta uno strato composto da un reticolo di atomi di carbonio disposti a nido d’ape, il Grafene, il quale possiede interessanti proprietà come l’elevata resistenza chimica e meccanica, un eccellente conducibilità di calore e di elettricità ed elevata trasparenza, inoltre con una densità tale che neanche l’Elio, noto come la specie atomica più piccola allo stato gassoso, riesce ad attraversarlo. Date le innumerevoli e particolari proprietà del Grafene, come anche la semplicità della preparazione, la scoperta dei due ricercatori è stata premiata nel 2010 con il premio Nobel per la fisica. E’ interessante osservare in dettaglio i motivi che fanno del Grafene un materiale così ambito, tali motivi sono da ricercare nella natura del Carbonio. Il Carbonio, in natura, lo conosciamo nelle forme macroscopiche tridimensionali conosciute come carbone, grafite e diamanti, nella nano-struttura come il Grafene assume ibridizzazione di tipo sp2 per cui gli atomi di carbonio possono legarsi in modo da formare un reticolo cristallino bidimensionale con una struttura esagonale a nido d’ape . Questa struttura conferisce al Grafene proprietà elettroniche uniche come la mobilità elettronica che è la più alta esistente in natura in quanto i portatori di carica possono muoversi liberi nel reticolo senza subire interazioni con gli atomi. Avendo una buona conduzione elettrica ha anche una buona conduzione termica in quanto i portatori di carica sono anche responsabili di trasportare le vibrazioni collettive del reticolo cristallino legate alle variazioni di temperatura. Relativamente alle proprietà meccaniche la struttura del reticolo offre una notevole resistenza agli sforzi meccanici lungo il piano e facilita la flessione del materiale. Per le sue proprietà ottiche il Grafene è trasparente alla luce, all’infrarosso e all’ultravioletto per cui potrebbe essere adatto per la produzione di touch screen stampabili su fogli di

plastica invece che di vetro. Un utilizzo, a mio avviso, potrebbe essere nel campo delle energie rinnovabili e nella costruzione di nuovi pannelli fotovoltaici in cui può essere utilizzato per amplificare le prestazioni del pannello.. Numerosi gli studi per l’utilizzo del Grafene anche in altri campi come quello delle batterie ricaricabili, supercondensatori o come stoccaggio d’idrogeno nelle celle a combustibile. Fonti usate http://www.edscuola.it/archivio/lre/grafene.pdf http://www.rinnovabili.it/storico/grafene-benvenuti-nella-realta-2d/ http://www.fis.unipr.it/corsi/fisicacing/Slides/Cnano/Anni%20precedenti/sintesi%20dei%20grafeni.pdf