GRAFENE 3D PER SUPER MATERIALI

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Gen 302017
 
Ogni giorno che passa la scienza trova nuove incredibili utilizzazioni per il grafene, il super materiale scoperto pochi anni fa e ottenuto dalla grafite.
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Un gruppo di scienziati del MIT di Boston ha assemblato fogli bidimensionali di grafene in modo da ottenerne una “maglia tridimensionale”. Il risultato? Un materiale con una resistenza meccanica 10 volte maggiore di quella dell’acciaio ma con una densità pari a solo il 5% della lega ferrosa.

Approfondisco: la densità rappresenta il rapporto in una sostanza tra la massa e il suo volume (per massa si intende la quantità di materia presente in un corpo).

Il grafene è oramai ritenuto da tutti il materiale più resistente in assoluto tra quelli finora scoperti. Il problema fino ad oggi riscontrato dai ricercatori è stato proprio quello di poter utilizzare tale materiale per applicazioni che non fossero esclusivamente bidimensionali, in quanto è noto che la sua struttura è bidimensionale perché formata da un solo strato di atomi.

Struttura atomica del grafene

Struttura atomica del grafene

Gli studiosi del MIT, hanno passato a setaccio ogni singolo atomo del grafene analizzandone anche la disposizione geometrica e sono arrivati alla conclusione che combinando fiocchi di grafene in forme particolari si potesse sfruttare questa loro resistenza anche per scopi e soluzioni diverse. Sono state prese a riferimento le particolari strutture molecolari di alcuni coralli e delle diatomee, creature microscopiche il cui volume è bassissimo rispetto alla loro superficie. Sono stati assemblati fiocchi di grafene attraverso l’uso di calore e pressione in modo da modellarlo in forme tridimensionali che ricordano una spugna.

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Campione di grafene 3D

Sono state provate differenti configurazioni geometriche fino a realizzare un campione che ha presentato una resistenza meccanica 10 volte superiore a quella di un buon acciaio ma con una densità  del 5% rispetto a quest’ultimo.

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Differenti configurazioni in prova

Immaginate quali potranno essere le possibili utilizzazioni di questo nuovo super materiale soprattutto nel campo dell’edilizia.

Strutture e reticoli di grafene che avvolgono i materiali base dell’edilizia formati attraverso l’uso di calore e pressione. Una volta conformato l’oggetto, si potrebbe togliere il materiale base e lasciare la super struttura in grafene molto più leggera e resistente. Immaginate costruzioni tipo ponti o grattacieli quale beneficio potrebbero trarre da questa incredibile scoperta. Vedremo quali saranno gli sviluppi commerciali che questo nuovo prodotto sarà in grado di generare.

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GLI ELETTRONI VOLANO SULLO STATENE

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Giu 252016
 

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Anche in campo elettrico, la ricerca procede a vele spiegate. Nuovi materiali vengono sperimentati ogni giorno nel tentativo di realizzare il conduttore perfetto. Questi nuovi materiali hanno una struttura bidimensionale (silicone, germanene, fosforene) e sono solo alcuni dei nuovi materiali definiti 2D perché con spessore di un solo atomo. Ma ognuno di essi presenta comunque dei limiti; anche se ottimi conduttori, parte dell’energia elettrica che li attraversa viene trasformata in calore a causa delle resistenza opposta al suo passaggio. In pratica questo accade perché gli elettroni nella loro corsa all’interno della materia si scontrano con le altre particelle e in questo sfregamento eccitandole, generano per attrito lo sviluppo di calore. Ma la soluzione a questo problema sembra a portata di mano.

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Lo statene, materiale anch’esso bidimensionale prodotto a partire dallo stagno, consentirebbe agli elettroni di percorrere la sua superficie senza scontrarsi con altri elettroni o atomi evitando la dispersione di elettricità sotto forma di calore.

Questa proprietà dovrebbe essere possibile in virtù del fatto che lo statene è un isolante topologico, ossia un materiale che si comporta come un isolante elettrico al suo interno e come un conduttore sulla sua superficie. In questo modo gli elettroni non posso attraversare il suo centro ma possono muoversi liberamente sulla sua superficie ossia su di un piano.

In pratica, gli elettroni possono mantenere una direzione coerente e la corrente elettrica non viene dissipata sotto forma di calore perché tutte le impurità dello statene non influiscono su questo moto, non rallentandoli, come avviene negli altri materiali.

Un materiale del genere, si proporrebbe come il candidato ideale per la realizzazione di circuiti elettronici se non fosse per il fatto che i suoi scopritori non hanno ancora dimostrato questa incredibile capacità.

Peide Ye e gli altri ricercatori della Purdue University di West Lafayette in Indiana negli Stati Uniti, stanno ancora lavorando per poter dimostrare questa incredibile capacità dello statene, forse non  ancora dimostrata a causa di un processo di produzione errato che potrebbe aver compromesso le proprietà di isolante topologico.

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UNO SCHERMO AL GRAFENE

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Mag 032016
 

Altra applicazione del grafene giunge dalla Cina. Una società con sede a Canton, la OED Technologies, ha sviluppato un nuovo processo per produrre schermi per e-book reader. Fino ad adesso, questi schermi sono stati realizzati con l’indio, un metallo sfruttato per le sue proprietà conduttive per realizzare schermi luminosi.

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L’uso del grafene al posto di questo metallo comporta notevoli miglioramenti. Infatti, le sue straordinarie proprietà lo rendono ideale per questo tipo di applicazione per tutta una serie di motivi. Innanzitutto per lo spessore; infatti un singolo strato di grafene pari a solo 0,335 nanometri, è già in grado di condurre elettricità e calore, proprietà che altri materiali hanno ma necessitano di spessori maggiori per renderlo possibile. Inoltre, il grafene conferisce allo schermo maggiore resistenza e minore peso che in un e-book sono condizioni non di poca importanza. Ed ancora e non per ultimo, questa nuova soluzione permette la realizzazione di schermi più luminosi e contrastati oltre che flessibili.

La OED Technologies ha presentato il primo schermo di questo genere, da utilizzare nei moderni e-book, ma è chiaro che l’obiettivo finale della società non è questo, ma gli schermi  dei dispositivi indossabili come smartwatch o ausili per il fitness.

I vantaggi dell’uso del grafene però non si esauriscono qui; questo materiale deriva dal carbonio e di conseguenza i costi di produzione sono significativamente più bassi rispetto a quelli dei processi tradizionali soprattutto con l’uso dell’indio molto più raro e costoso.

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Pare che il processo produttivo per i nuovi schermi sarà avviato entro l’anno anche se ancora non si conoscono i nomi delle società interessate a questa nuova soluzione tecnologica.

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LE BATTERIE CHE NON ESPLODERANNO MAI

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Feb 082016
 

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Le batterie sono sicuramente il tallone di Achille di tutte le apparecchiature elettriche e soprattutto degli smartphone. Tutti i produttori stanno investendo e cercando soluzioni in grado di garantire ai loro dispositivi una maggiore durata e autonomia, consci che chi raggiungerà per primo l’obiettivo acquisirà prestigio e un’enorme fetta di mercato.

Ma la durata è solo uno dei problemi delle batterie di dispositivi elettronici. Infatti, i componenti chimici con cui sono realizzate, possono causare alcune volte l’esplosione delle stesse con gravi conseguenze sia per il dispositivo che per l’utilizzatore.

I ricercatori dell’Università di Stanford stanno sviluppando in questi giorni una tecnologia che mira proprio a garantire un maggiore sicurezza a protezione degli utenti.

Lo studio è condotto sulle normali batterie agli ioni di litio, quelle utilizzate in tutti i dispositivi, composte da due elettrodi e da un gel elettrolita che trasporta le particelle tra i due poli.

In una normale batteria, una accidentale foratura o un sovraccarico, possono provocare un aumento della temperatura fino a oltre i 150°C e l’elettrolita innescare un’esplosione. I ricercatori di Stanford hanno trovato una soluzione ingegnosa ricorrendo alle nano-tecnologie e al miracoloso grafene. Una pellicola di polietilene elastico, viene rivestita con particelle di grafene e nichel e avvolge tutto il corpo della batteria. La pellicola, collegata con uno degli elettrodi consente il passaggio della corrente solo quando le particelle di nichel e grafene si toccano tra di loro. Ma a causa di un corto circuito o di un sovraccarico, la temperatura aumenta e superati i 70°C il polietilene si espande. Le particelle finiscono per allontanarsi tra di loro e non toccandosi più, spengono di fatto la batteria.

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Non appena questa si raffredda, la pellicola plastica si contrae riportando le particelle di nichel e grafene a contatto, riaccendendo la batteria.

Il valore di espansione della pellicola, può essere modificato i base al tipo di polimero utilizzato e al numero di particelle inserite.

L’ulteriore vantaggio deriva dalla reversibilità del sistema. Infatti, altri sistemi già sviluppati in passato consentivano lo spegnimento della batteria prima del raggiungimento dei 150°C, però rendevano la batteria inutilizzabile. Questo approccio consente invece di continuare ad utilizzare la batteria anche dopo diversi cicli di stop garantendo una lunghissima durata alle stesse.

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UNO SCHERMO INDISTRUTTIBILE

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Gen 122016
 

Iniziano a vedersi le prime applicazioni pratiche nell’uso del GRAFENE, il miracoloso materiale scoperto da poco tempo, le cui caratteristiche e proprietà lo rendono a dir poco straordinario.

Schermo grafene

Questo materiale, spesso circa 1/100.000 di un foglio di carta può essere stirato e piegato all’infinito senza mai rompersi, è assolutamente impermeabile e presenta una resistenza meccanica superiore a quella del migliore acciaio e una durezza ancora superiore a quella del diamante che nella scala di Mohs risulta essere il materiale più duro sul nostro pianeta.

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Scala di Mohs

Una delle prime applicazioni del grafene per uso pratico è stata da poco dimostrata al CES di Las Vegas, la fiera dell’informatica e dell’Innovation Technology più importante al mondo.

Alcuni produttori di pellicole di vetro per smartphone, sono riusciti a sviluppare una miscela di vetro e grafene capace di resistere ad urti terribili e stress test infiniti senza subire alcun danno. Sto parlando dell’UU GLASS, un particolare composto che ha resistito a 200.000 urti consecutivi, sollecitazioni di compressione e resistenza a graffi continuati con materiali molto duri e taglienti.

La società produttrice, ha mostrato la speciale pellicola per cellulari, capace di rendere indistruttibile il device a qualunque urto. Un video mostra le proprietà di questa pellicola e la sua capacità di resistere a sollecitazioni ben superiori a quelle cui viene normalmente sottoposto un telefonino. La resistenza è dovuta alla presenza del grafene appunto impiegato per la prima volta in un prodotto del genere.

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