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Grafene e materiali 2D sulla strada giusta verso applicazioni innovative

Il grafene è un cristallo atomico bidimensionale composto da atomi di carbonio disposti in un reticolo esagonale. Con uno spessore di appena un atomo, il grafene è il più sottile composto noto oltre che quello più resistente mai scoperto (fra 100 e 300 volte più resistente dell’acciaio), il più leggero materiale conosciuto (con un metro quadro che pesa circa 0,77 milligrammi) ed è anche assai flessibile.

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Per di più, il grafene è impermeabile alle molecole e ha un’elevata conduttività elettrica e termica, consentendo così agli elettroni di scorrere molto più velocemente rispetto al silicio. Esso è anche un conduttore trasparente, che combina in modo eccezionale funzionalità elettriche e ottiche. Il grafene ha un’ampia varietà di possibili applicazioni, che spaziano dall’elettronica ai materiali compositi, ed è relativamente economico da produrre in confronto ad altri materiali.

Un materiale per il futuro

Questo CORDIS Results Pack presenta 12 articoli su 6 ambiziosi progetti di ricerca all’avanguardia dell’UE finanziati nell’ambito dei programmi di ricerca del 7° PQ e di Orizzonte 2020 dell’UE attinenti al grafene e ai materiali 2D. Tra questi, sette articoli trattano diversi aspetti dell’iniziativa faro Graphene Flagship. Graphene Flagship è la più grande iniziativa di ricerca dell’UE, con un bilancio di 1 miliardo di euro, e rappresenta una nuova forma di ricerca congiunta e coordinata su una scala senza precedenti. Attraverso un consorzio combinato accademico-industriale, lo sforzo di ricerca copre l’intera catena del valore, dalla produzione dei materiali all’integrazione dei componenti e del sistema, con l’obiettivo di sfruttare le eccezionali proprietà del grafene. Una introduzione al grafene delinea il lavoro svolto dall’iniziativa faro, inclusa la collaborazione con l’Agenzia spaziale europea circa gli usi del grafene in applicazioni spaziali, quali la propulsione della luce e la gestione termica. I ricercatori hanno inoltre usato dei sistemi di comunicazione optoelettronici per fornire dati veloci per il futuro. La produzione su larga scala del grafene per applicazioni del mercato commerciale ha coinvolto l’aumento di scala fino a giungere a quella industriale, pur mantenendo coerenza, alta qualità ed efficienza in termini di costi. Gli scienziati hanno esaminato la lavorazione chimica e le applicazioni pratiche del grafene e dei materiali affini al grafene per ingegnerizzare nuove strutture molecolari con proprietà uniche. La spintronica basata sul grafene ha usato sia la carica che lo spin dell’elettrone a temperatura ambiente per creare nuove possibilità per l’elaborazione e la memorizzazione delle informazioni. Infine, l’iniziativa faro ha studiato l’uso del grafene per applicazioni biomediche al fine di sviluppare innovativi dispositivi medici e sensori per rilevare, trattare e gestire malattie del sistema nervoso. La ricerca europea sul grafene non rientra integralmente fra le competenze dell’iniziativa faro e i ricercatori stanno utilizzando altri meccanismi di finanziamento dell’UE per intraprendere altri progetti. GRAPHEALTH ha prodotto la prossima generazione di sensori indossabili, mentre GRASP ha applicato le interazioni tra grafene e luce all’informatica quantistica e alla biomedicina. GraTA ha sviluppato accelerometri a effetto tunnel da usare nel monitoraggio delle vibrazioni delle macchine. HIGRAPHEN ha creato densi materiali compositi polimerici da usare nell’optoelettronica e nello stoccaggio dell’energia. PolyGraph, (lavorando a stretto contatto con Graphene Flagship), ha studiato i polimeri rinforzati con grafene da usare nel settore aeronautico e in quello automobilistico.