Per cosa si usa il grafene?

Tecnologia del grafene

I materiali basati sul grafene, compresi i fogli di grafene incontaminato, i fiocchi di grafene a pochi strati e l’ossido di grafene, offrono una varietà di proprietà uniche, versatili e regolabili che possono essere utilizzate in modo creativo per applicazioni biomediche.

Le dimensioni laterali di questi materiali bidimensionali (2D) possono essere regolate tra i nanometri e i millimetri, il loro spessore può essere regolato da singoli a centinaia di monostrati, e anche la loro rigidità alla flessione può essere modulata. La superficie piatta può essere facilmente funzionalizzata consentendo la modifica della proprietà della superficie (da idrofobicità a idrofilia). Questo è senza precedenti tra gli altri nanomateriali, offrendo enormi capacità di progettazione come piattaforma per la consegna di farmaci e biosensori ultrasensibili.

Le applicazioni del grafene in biomedicina sono numerose e possono essere classificate in diverse aree principali: sistemi di trasporto (consegna), sensori, ingegneria dei tessuti e agenti biologici (per esempio antimicrobici).

Storia del grafene

Abbiamo tutti sentito parlare del grafene molte volte, alla radio, in TV, sulla stampa… ma sapete davvero cos’è il grafene? Sapete dove viene applicato attualmente? Oggi ti diciamo qualcosa di più sul grafene e le sue applicazioni. Sarai sorpreso di tutte le proprietà che questo materiale ha, continua a leggere!

Questo materiale fa parte di una delle sostanze più abbondanti in natura, la grafite (la grafite si trova, per esempio, nelle mine delle nostre matite). Un millimetro di grafite contiene tre milioni di strati di grafene.

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Il grafene è una sostanza con proprietà molto interessanti. Queste proprietà, insieme all’abbondanza di carbonio in natura, hanno reso il grafene un materiale molto studiato con grandi possibilità. Le proprietà più importanti del grafene sono:

Il grafene può migliorare l’uso dell’energia rinnovabile, come l’energia solare. Introducendo questo materiale nei pannelli solari sarà possibile aumentarne l’efficienza e produrre più energia. Nel settore automobilistico, l’uso del grafene nelle batterie aumenterà la sua autonomia e ridurrà i tempi di ricarica, migliorando così le prestazioni delle auto elettriche.

Elettronica del grafene

Il grafene è un materiale super-forte e ultra-leggero che ha portato a decine di innovazioni tecnologiche negli ultimi anni. È costituito da atomi di carbonio legati tra loro e formati in fogli che misurano solo un atomo di spessore. Il rapporto forza-peso del materiale lo rende ideale per tutti i tipi di applicazioni che vanno dai filtri di desalinizzazione che producono acqua potabile pulita alle batterie che si caricano in pochi secondi, e anche le lampadine a LED di nuova generazione. Il grafene viene persino utilizzato per far sì che le celle solari producano elettricità sotto la pioggia, il che ci porta a credere che i gadget più sorprendenti basati sul grafene debbano ancora arrivare.

In tutto il mondo, c’è una grande spinta per sviluppare modi più efficienti per trasformare l’acqua salata in acqua potabile pulita. Ecco questo filtro di grafene spesso come un atomo, che Lockheed Martin ha scoperto che potrebbe ridurre la quantità di energia necessaria per il processo di desalinizzazione. Il materiale filtrante, soprannominato Perforene, è stato originariamente brevettato per pulire le fuoriuscite di petrolio. Tuttavia, l’azienda ha capito che poteva servire anche per altri scopi. Poiché il filtro è spesso solo un atomo, l’acqua salata scorre attraverso di esso senza pressione eccessiva – e poiché i fori nel filtro hanno un diametro di soli 100 nanometri, sono abbastanza grandi da permettere alle molecole d’acqua di passare, ma troppo piccoli per far passare le particelle di sale. Questo si traduce in un filtro di desalinizzazione che taglia il consumo di energia del 20 per cento, rendendolo più ecologico e più adatto all’uso in regioni dove l’elettricità è scarsa come l’acqua pulita.

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Batteria al grafene

I progressi tecnologici guidano il corso della storia. Il bronzo e il ferro sono stati così cruciali per la diffusione delle società antiche che hanno intere epoche che portano il loro nome. Con l’ascesa dell’industria siderurgica americana, i binari della ferrovia si diffusero dall’Atlantico al Pacifico, vene di metallo che portavano il sangue di una nazione. I semiconduttori di silicio hanno permesso la crescita dei computer e la più grande impennata nella tecnologia dell’informazione dai tempi della stampa. Questi materiali hanno plasmato lo sviluppo della società e hanno contribuito a determinare quali paesi hanno dominato la geopolitica.

Oggi, un nuovo materiale ha il potenziale per alterare il futuro. Soprannominato un “supermateriale”, il grafene ha portato i ricercatori di tutto il mondo a cercare di capirlo meglio. La lunga lista di caratteristiche miracolose del grafene lo fa sembrare quasi magico, ma potrebbe avere implicazioni molto reali e drastiche per il futuro della fisica e dell’ingegneria.

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Il modo più semplice per descrivere il grafene è che è un singolo, sottile strato di grafite – il materiale morbido e sfaldato usato nella mina delle matite. La grafite è un allotropo dell’elemento carbonio, il che significa che possiede gli stessi atomi ma sono disposti in modo diverso, dando al materiale proprietà diverse. Per esempio, sia il diamante che la grafite sono forme di carbonio, ma hanno una natura completamente diversa. Il diamante è incredibilmente forte, mentre la grafite è fragile. Gli atomi del grafene sono disposti in modo esagonale.

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