“A cosa serve questa nuova invenzione?”. Se a un uomo di fine ‘800 aveste posto questa domanda riguardo al nuovo materiale che proprio in quegli anni veniva scoperto – la plastica – forse vi avrebbe risposto con un “non lo so. Un po’ a tutto, penso”.
E proprio così ha risposto lo scienziato Andre Geim alla stessa domanda postagli dal comitato che assegna i premi Nobel, alla telefonata che gli anticipava la vittoria del Nobel per la fisica del 2010 (insieme al collega Konstantin Novoselov), e che gli chiedeva a cosa servirà il grafene, il nuovo materiale che avevano inventato.
Forse una risposta a questa domanda ce l’ha la Commissione Europea, che ha deciso di investire 1 miliardo di euro nei prossimi 10 anni nel progetto Graphene, vincitore del FET (Future and Emerging Technologies). Questo grande progetto coinvolgerà istituzioni di 17 paesi europei, coordinati dalla Chalmers University of Technology di Goteborg, Svezia. Il Consiglio Nazionale delle Ricerche è tra i capofila del progetto, insieme ad altri gruppi italiani pubblici e privati quali Fondazione Bruno Kessler, Istituto Italiano di Tecnologia, Università di Trieste, Politecnico Torino, Politecnico Milano e STMicroelectronics.
Ma cos’è il grafene? Il grafene, che per molti sarà la “plastica del XXI secolo”, è un materiale costituito da un singolo strato di atomi di carbonio strutturati a nido d’ape. Cioè il suo spessore equivale alle dimensioni di un solo atomo. È talmente sottile, solo 0,35 nm, che non ha altezza, tanto che per arrivare allo spessore di un millimetro bisogna sovrapporre 3 milioni di fogli.
Il grafene è stato ricavato grazie agli studi svolti da Konstantin Novoselov e Andre Geim alla Manchester University nel 2004. In realtà il materiale era già conosciuto da un centinaio di anni, ma solo negli anni ’90 con lo sviluppo delle nanotecnologie se ne sono capite le enormi potenzialità. I 2 fisici, per arrivare alla loro scoperta, sono partiti dalla punta fatta di grafite di una matita e da un nastro adesivo. Ma non è stato così semplice come sembra, in quanto a dimensioni così piccole i materiali cessano di comportarsi secondo le leggi della fisica classica e iniziano a seguire quelle della meccanica quantistica.
Basta leggere i tanti studi che sono stati portati avanti negli ultimi anni in campi differenti per farsi un’idea delle qualità eccezionali che il grafene sembra avere. Innanzitutto è il materiale più sottile mai inventato. Ha una resistenza meccanica superiore di 100 volte rispetto a quella dell’acciaio. Conduce calore ed elettricità con un’efficienza maggiore di quella del rame. È quasi completamente trasparente, eppure è talmente denso da non permettere neppure il passaggio del più piccolo atomo, quindi è impermeabile a gas e liquidi.
Le prospettive di utilizzo sono tantissime. Innanzitutto il grafene, grazie alle sue proprietà quantiche, è fondamentale per la ricerca di base in questo settore della fisica.
Molti studi (per esempio questo pubblicato su Science) mostrano come il grafene possa mandare in pensione il silicio per quanto riguarda la produzione di chip e processori, potendo realizzare circuiti integrati con velocità fino a 1000 volte superiore a quella degli attuali circuiti e con una frequenza di funzionamento di 100 miliardi di cicli al secondo (100 GHz). Il grafene potrebbe sostituire il silicio anche nella produzione dei pannelli solari.
Fra i possibili altri campi di applicazione, anche la produzione di schermi ultrasottili e flessibili, addirittura da integrare a vestiti o al corpo umano, fino ad arrivare ad aerei più leggeri e più efficienti da un punto di vista energetico.
Per dire a cosa può servire un materiale così, l’unico limite è la fantasia. È un materiale talmente innovativo che andrà a sconvolgere l’intera produzione mondiale in qualsiasi ambito operativo. Gli stessi scienziati sono ancora lontani dalla completa comprensione delle proprietà del grafene. L’Europa ci ha scommesso su, con un progetto ambizioso ma anche rischioso.
E se non riuscite ad arrivarci con la fantasia, potete farvi aiutare da questo filmato:
