Completati i laboratori del grafene con un investimento iniziale di 3 milioni di euro

grafene 30 ricercatori dedicati al trasferimento nel tessuto produttivo delle nuove tecnologie basate sui materiali bidimensionali.

Con un investimento iniziale di 3 milioni di euro è stato realizzato il primo nucleo dei Graphene Labs, i laboratori del grafene, dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) a Genova. Si tratta di una delle principali infrastrutture a livello internazionale dedicate allo sviluppo del grafene e degli altri materiali bi-dimensionali. L’investimento – destinato a crescere anche nei prossimi anni – è finalizzato al trasferimento tecnologico verso il tessuto produttivo. In questo modo i Graphene Labs, coordinati da Vittorio Pellegrini, si propongono alle imprese manifatturiere italiane come share facility – fabbrica condivisa – per la produzione di grafene e altri cristalli bidimensionali e per la creazione di una nuova classe di materiali compositi più resistenti e leggeri.

I Graphene Labs di IIT vedono impegnate circa 30 persone tra scienziati, ingegneri e studenti, e una struttura dedicata al technology transfer. L’infrastruttura comprende sistemi per la produzione di inchiostri di grafene, macchine industriali per la crescita del materiale su substrati metallici e a base silicio, sistemi per la deposizione su larga scala di film di grafene e tutti i più avanzati e sofisticati sistemi per l’analisi del materiale.

Il laboratorio ha già aggregato un primo nucleo di imprese operanti in Italia – Thales, Solvay, Dyers, Directa Plus, Tiberlabs, Momo Design, Gewiss, Nokia, Baldasari Cavi – con cui si stanno sviluppando alcuni prototipi. L’idea alIa base dei Graphene Labs di IIT è quella di rendere il grafene – oggi principalmente utilizzato per produzioni molto sofisticate e con costi elevati – un prodotto a basso costo adatto per lo sviluppo di manifattura di largo consumo.

La tecnologia di IIT punta allo sviluppo di inchiostri di grafene e di altri cristalli bidimensionali utilizzabili per la stampa 2D e 3D, e facilmente integrabili con altri materiali. Questo consente di unire le proprietà del grafene – resistenza, leggerezza, flessibilità, elevata conduttività elettrica e di calore, proprietà antigraffio e antibatteriche, biocompatibilità – a gran parte delle lavorazioni manifatturiere in uso, moltiplicandone le potenzialità e le funzionalità, con un costo contenuto, ma senza rinunciare alle prestazioni. In particolare, le applicazioni riguardano soprattutto i compositi, dove il grafene è integrato sia con altri polimeri (polistirolo e plastiche anche biodegradabili, come uno dei recenti brevetti dell’IIT) per realizzare materiali isolanti nell’edilizia, sia con metalli per applicazioni nell’elettronica tradizionale (batterie e schermi flessibili) e organica, e anche con fibre di carbonio e kevlar per ottenere strutture resistenti e leggere (telai per il settore automobilistico, aereospaziale ma anche abbigliamento e materiale tecnico).

La caratteristica di questi elementi è la bidimensionalità. Tale peculiarità consente ai materiali di avere una superficie molto ampia, in grado di immagazzinare un’ingente quantità di energia.

«Un grammo di grafene se esteso copre 2.600 metri quadrati – spiega Pellegrini – e permette di immagazzinare grossi quantitativi di energia in pochissimo spazio». E’ anche grazie a questa proprietà che il grafene e i suoi “cugini” potranno rendere più efficienti le batterie al litio e i supercapacitori, dispositivi in grado di accumulare e rilasciare energia. Secondo l’esperto, uno dei prototipi più avanzati in questo campo è un alimentatore per telefoni cellulari che potrebbe arrivare sul mercato già tra qualche mese. Bisognerà attendere ancora qualche anno invece perché arrivino le prime batterie al litio basate sul grafene, capaci di immagazzinare più energia rispetto a quelle attuali. Il rivoluzionario materiale potrebbe trovare applicazione anche nell’industria automobilistica. Ad esempio, potrebbe essere sfruttato per produrre batterie più efficienti per le auto elettriche aumentando l’autonomia dei veicoli a zero emissioni.

Altre potenziali applicazioni

I materiali a due dimensioni sono anche dei semiconduttori. «Hanno una conducibilità elettrica che può essere regolata dall’esterno e ciò è importantissimo per il fotovoltaico e l’elettronica», sottolinea infatti una delle autrici dello studio, Valentina Tozzini dell’Istituto Nanoscienze del Consiglio Nazionale delle Ricerche (Cnr). I semiconduttori bidimensionali combinati al grafene potrebbero essere utilizzati per il trasporto sicuro dell’idrogeno, gas facilmente infiammabile. «Si potrebbero dunque realizzare – aggiunge l’esperta – dei contenitori simili a spugne, capaci di separare le molecole di idrogeno. Si potrebbe così immagazzinare efficacemente il gas ed evitarne l’esplosione durante il trasporto».

Il fotovoltaico

Per tagliare i costi dei consumi energetici e ridurre la dipendenza dai combustibili fossili, in futuro bisognerà puntare proprio su questi nuovi materiali. In virtù della sua versatilità, il grafene potrebbe essere utilizzato nell’industria fotovoltaica per rendere le celle solari più flessibili, resistenti e maggiormente produttive. Si potrebbero trasformare vetri, finestre e qualsiasi superficie in un pannello fotovoltaico trasparente o colorato, un’idea impensabile con l’attuale tecnologia basata sul silicio. Secondo Pellegrini, però, le applicazioni non sono ancora vicine per via del prezzo altamente competitivo del silicio.

Tratto da Lab Magazine

Qui sotto alcune applicazioni

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