Il Grafene, la grande intuizione di Geim e Novoselov

Il 2010 si è appena concluso e mentre tutti si affannano a ricordare i fatti belli e meno belli accaduti in Italia e nel mondo, noi vogliamo portare l'attenzione dei lettori verso un fatto molto importante, diverso da quelli che vi hanno raccontato Tv e giornali, ma sicuramente interessante.

Modello computerizzato di uno strato di Grafene (Fonte: La Repubblica)

Quella che stiamo per raccontarvi è la storia dell'inizio di una rivoluzione, scientifica, ma pur sempre rivoluzione. Tutto ha inizio con la sintesi di un materiale talmente innovativo, ma allo stesso tempo talmente semplice e versatile, che già tutti ne parlano, come la rivoluzione scientifica del XXI secolo (da qualche secolo ormai ce l'hanno tutti perchè il XXI no? ndr). A rafforzare queste considerazioni ci hanno pensato, in Svezia, i membri dell'Accademia delle Scienze, assegnando a Andre Geim e Konstanin Novoselov il premio Nobel per la fisica 2010 per aver sintetizzato in laboratorio per la prima volta questo materiale.

Quello di cui stiamo parlando è il Grafene, un materiale costituito esclusivamente da un unico strato di atomi di Carbonio. E' stato ottenuto per la prima volta nel 2007, trattando la grafite con miscela Solfo - Nitrica, successivamente ossidata ed esfoliata, fino ad ottenere cerchi di grafene con dei gruppi alchilici ai bordi. L'ulteriore trattamento con Cloruro di Tionile, ha trasformato i gruppi alchilici prima in cloruri acilici e successivamente in ammidi. Il cerchio di Grafene così ottenuto è risultatosolubile in Tetraidrofurano, Tetraclorometano e Dicloroetano.

Lo strato, "monoatomico", è caratterizzato da Carboni ibridizzati sp2 (il suffisso -ene a noi chimici dovrebbe dire qualcosa, ndr), disposti in modo da  formare degli esagoni regolari, che danno perciò al materiale, caratteristiche davvero particolari, che vedremo tra breve. 

Infatti, prima vorrei dedicarmi un attimo agli amanti della pignoleria, riportando la definizione IUPAC del Grafene: "Uno strato singolo di atomi di carbonio ordinati secondo la struttura della grafite può essere considerato come l'elemento finale della serie naftalene, antracene, coronene, ecc. e la parola grafene va quindi utilizzata per indicare gli strati singoli di carbonio all'interno dei composti della grafite. Il termine "strato di grafene" viene comunemente utilizzato all'interno della terminologia del carbonio."

Altro modello computerizzato del Grafene (Fonte: Wikipedia)

Come promesso vediamo le caratteristiche principali di questo nuovo materiale. 

La prima e la più sbalorditiva, a mio modo di vedere, è il fatto che esista. Lo strato monoatomico da origine ad un materiale praticamente bi - dimensionale, cosa che potrebbe creare più di qualche perplessità, ma che invece è giustificata dal fatto che le oscillazioni continue del materiale e le imperfezioni, dovute alla presenza di celle pentagonali ed ettagonali all'interno della struttura, provocano delle curvature, danno origine alla terza dimensione.

Il fatto stesso che il materiale sia monoatomico e che l'esistenza e il numero delle imperfezioni possano essere controllati ne fornisce la seconda  caratteristica principale, ovvero, mi piace definirla così, la "duttilità geometrica". Mi spiego meglio. La presenza di celle pentagonali ed ettagonali, provoca delle curvature, che possono essere controllate per far sì che il grafene assuma diverse forme e che sia utilizzabile in diversi modi. Per essere ancora più chiari, si può dire che un "foglio" di Grafene può essere piegato, mediante l'inserimento controllato di celle non esagonali, per ottenere un Nanotubo, al quale può essere addirittura applicato un tappo sferico, costituito dallo stesso materiale - pensate ad un pallone da calcio in cuoio, i cui elementi di copertura sono esagonali e pentagonali -.

Ovviamente non finisce qui, infatti tra gli impieghi futuri di questo straordinario materiale, c'è quello informatico. Il grafene è ormai considerato l'erede naturale del Silicio, materiale di largo impiego nella costruzione di microchip e componenti elettronici, grazie alla sua straordinaria conducibilità, per questo motivo è già stato realizzato un transistor che ha la capacità di sostenere frequenze di 100 GHz, mentre i "vecchi" modelli potevano supportere fino a circa 40 GHz.

Tra gli altri impieghi del Grafene c'è quello nel campo della medicina, dove si spera di riuscire ad impiegarlo come materiale costituente di protesi piccolissime per risolvere problemi in zone del nostro organismo difficili da raggiungere, ma soprattutto assicurando la compatibilità assoluta con ogni paziente.

Per concludere, mi fa piacere ricordare che lo studio teorico sull'esistenza del Grafene non è recente, anzi erano sessant'anni che i migliori centri di ricerca scientifica erano sulle sue tracce. Solo l'impiego di risorse umane ed economiche in maniera continua ha portato alla scoperta sensazionale di Geim e Novoselov, membri dei laboratori della University of Manchester, aiutati dalle risorse dell'istituto di ricerca scientifica Max Planck Institute in Germania. 

Tutto ciò dovrebbe servire come esempio a tutti coloro si occupano di amministrare la Ricerca e l'Università in Italia, ma soprattutto a chi ha avuto il coraggio di dire che con la cultura non si mangia, al quale mi sento in dovere di dire che, magari con la cultura non si mangia, ma con le bolle finanziarie e i tagli inconsiderati si ammazza la gente!!!

Alì