Cos’è il grafene e perché lo utilizzeremo per farci le strade del futuro (senza buche)

Il grafene è un super materiale caratterizzato da un unico strato di atomi di carbonio disposti in un reticolo esagonale. Benché la sua esistenza venga teorizzata da decenni, fu osservato per la prima volta al microscopio elettronico nel 1962 e ottenuto in laboratorio solo nel 2004, grazie al lavoro del fisico russi Andrej Konstantinovič Gejm e Konstantin Sergeevič Novosëlov (rispettivamente naturalizzati olandese e britannico) nei laboratori dell'Università di Manchester. Si tratta di un materiale con caratteristiche così straordinarie che i due studiosi hanno vinto il Premio Nobel per la Fisica nel 2010.

Cos'è il grafene

Il grafene è un materiale bidimensionale composto da uno strato monoatomico di carbonio. I singoli atomi sono disposti ai vertici di un reticolo perfettamente esagonale, con angoli di 120 gradi. È considerato un super materiale e un punto di riferimento per le tecnologie del futuro, grazie alle sue incredibili caratteristiche. In relazione al suo spessore, risulta avere una resistenza meccanica cento volte superiore a quella dell'acciaio; è il miglior conduttore termico noto agli scienziati; è un eccellente conduttore elettrico, più del rame; è leggerissimo, sottilissimo e super flessibile; è completamente impermeabile e biodegradabile; è quasi trasparente e può essere reso tale otticamente; ha notevoli capacità di assorbire la luce e molto altro ancora. Non è un caso che sia stato soprannominato il “materiale delle meraviglie” e che ai suoi scopritori sia valso la conquista del più prestigioso dei riconoscimenti scientifici. Konstantinovič e Novosëlov sono riusciti a ottenerlo separando strati di grafite uno dopo l'altro con un adesivo, fino a far emergere quello monoatomico alla base; oggi il grafene si produce con molteplici metodi e possiede un'infinità di applicazioni.

Grafene: il materiale delle meraviglie

Dalla moltitudine di studi e ricerche condotte sulle proprietà del grafene, sarebbe più facile scrivere a cosa non serve. Le applicazioni già approntante, in fase di studio o immaginate dagli scienziati sono infatti innumerevoli: sono coinvolti la medicina, le scienze aerospaziali, l'urbanistica, la ricerca militare, l'elettronica di consumo (con particolare riferimento a schermi e batterie), la depurazione dell'acqua, la filtrazione dell'aria e moltissimo altro ancora. Per citare un esempio, recentemente il comune di Milano ha annunciato che realizzerà due tratti di strada con asfalto basato su un additivo al grafene: l'aggiunta del super materiale determinerà un aumento della resistenza della pavimentazione del 250 percento, in particolar modo grazie alla sostanziale riduzione della suscettibilità termica. Le strade, in parole semplici, saranno più durature, resistenti e resilienti.

Il grafene in medicina

Un team di ricerca internazionale coordinato da scienziati italiani della Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) ha dimostrato in un articolo pubblicato su Nano Letters che il grafene può bloccare la comunicazione tra neuroni e trasportare farmaci nel cervello, aprendo le porte a potenziali terapie rivoluzionarie nel trattamento dell'epilessia e di altre malattie neurologiche. Scienziati americani del Laboratorio di Chimica dell'Università Rice di Houston hanno invece realizzato uno strumento chiamato LIG (Laser-Induced Graphene) capace di creare strati di grafene con un laser su numerosi oggetti e alimenti. Su questi ultimi possono essere create etichette commestibili che oltre a fornire informazioni nutrizionali possono “illuminarsi” e allertare sulla presenza di batteri. Ricercatori dell'Università del Texas hanno messo a punto tatuaggi al grafene che possono monitorare lo stato di salute di un paziente, tenendo traccia di parametri vitali come il battito cardiaco e livello di idratazione. L'Università Cattolica del Sacro Cuore ha dimostrato che il grafene all'interno di liquidi e gel è un eccellente disinfettante contro diversi batteri.

Tecnologie a base di grafene

Ricercatori dell'Università di Manchster, la stessa cui si deve la scoperta del super materiale, hanno dimostrato che una membrana a base di grafene può desalinizzare l'acqua di mare e renderla potabile. Al Mobile World Congress del 2018 l'Istituto Italiano di Tecnologia ha presentato una sottile batteria al grafene indossabile, impermeabile e che permette di immagazzinare energia rinnovabile (ad esempio dal nostro stesso organismo). L'azienda Leonardo punta ad applicare il grafene sulle ali degli aerei per impedire che si depositi il ghiaccio, mentre agenzie aerospaziali private e governative puntano a sfruttare il grafene per realizzare enormi vele solari (che potrebbero portarci in altri sistemi stellari) e i cavi di futuristici ascensori spaziali. Le applicazioni del materiale delle meraviglie sono praticamente illimitate e le più straordinarie, molto probabilmente sono ancora da immaginare.