Leggero e resistente, scoperto il modo per disporre in 3–D il grafene

Il materiale esisteva già ma fino ad oggi non si poteva sfruttare a pieno. Il grafene, sottile come un atomo ma incredibilmente resistente fino ad ora non era mai stato tradotto con successo in una più utile forma tridimensionale. A fare il “salto” ci ha pensato un team del Massachusetts Institute of Technology (Mit), guidato da Markus Buehler, che è riuscito a comprimere piccoli fiocchi di grafene utilizzando una combinazione di calore e pressione, per poi disporli in specifiche forme geometriche. Il risultato, pubblicato sulla rivista Science Advances, è un materiale con una densità di appena il 5% dell'acciaio e ben 10 volte più resistente.

Troppo sottili – Questo materiale, per la cui scoperta nel 2010 Andre Geim e Konstantin Novoselov sono stati premiati con il Nobel per la Fisica, ha proprietà elettriche uniche e una forza eccezionale. Ma per ammissione dello stesso Markus Buehler da quando è stato scoperto “non è stato molto utile per la fabbricazione di materiali tridimensionali da utilizzare per la realizzazione di veicoli, edifici, o dispositivi” proprio a causa della sua incredibile sottigliezza.

A forma di coralli – Per risolvere il problema la squadra del Mit è andata ad indagare il comportamento del grafene fino a livello dei singoli atomi. Dall’osservazione è nata l’intuizione di legare insieme piccole porzioni di questo materiale in strutture, simili a quelle dei coralli, attraverso una combinazione di calore e pressione. "Quello che abbiamo fatto – spiega Markus Buehler – è trovare un modo per tradurre questi materiali 2-D in strutture tridimensionali". E in questa nuova forma, realizzata in laboratorio utilizzando una stampante 3-D ad alta risoluzione, il grafene è risultato essere straordinariamente forte.

<iframe width="560" height="315" src="https://www.youtube.com/embed/VIcZdc42F0g" frameborder="0" allowfullscreen></iframe>

La forza della geometria – Dai test in laboratorio è emerso che la capacità di resistenza del grafene a tre dimensioni non è legato solo alla sua intrinseca forza ma anche alla combinazione geometrica di cui è il risultato. Il team, infatti, ha sottoposto strutture diverse a test in laboratorio evidenziando come la forza è direttamente collegata alla disposizione degli atomi di grafene. Uno dei campioni presi in esame, ha spiegato Zhao Qin, uno dei ricercatori del Mit, è risultato essere il più forte e il più leggero dei materiali mai realizzati con “il 5 % della densità dell’acciaio, ma 10 volte più forte”. Una scoperta che apre nuove frontiere anche per altri tipi di materiali con caratteristiche simili al grafene che, sfruttando l’intuizione della disposizione geometrica, potrebbero diventare ancora più resistenti se combinati in strutture tridimensionali.