{"id":1,"date":"2021-01-07T16:44:19","date_gmt":"2021-01-07T15:44:19","guid":{"rendered":"http:\/\/cercami.org\/home\/?p=1"},"modified":"2021-01-11T17:28:29","modified_gmt":"2021-01-11T16:28:29","slug":"grafene-mxenes","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.cercami.org\/home\/grafene-mxenes\/","title":{"rendered":"Dal grafene agli MXenes: quale futuro ci attende?"},"content":{"rendered":"\r\n<p>Risale al 2004 la <strong>scoperta del grafene<\/strong>, avvenuta grazie a due ricercatori dell\u2019universit\u00e0 di Manchester: un evento che ha costituito una tappa molto importante per l\u2019evoluzione delle nanoscienze. Da allora, infatti, ci si \u00e8 concentrati su un universo del tutto inedito, rappresentato dai materiali bidimensionali. Eppure il grafene da lungo tempo fa parte della nostra vita di tutti i giorni, visto che \u00e8 uno dei foglietti caratterizzati da uno <strong>spessore monoatomico<\/strong> da cui \u00e8 composta la grafite, che si utilizza per le matite. Dopo che il grafene \u00e8 stato isolato \u2013 un\u2019idea che \u00e8 valsa niente meno che il premio Nobel \u2013 \u00e8 stato pi\u00f9 semplice capire e verificare le sue notevoli propriet\u00e0.<\/p>\r\n<h2><strong>Come \u00e8 fatto il grafene<\/strong><\/h2>\r\n<p>Il grafene \u00e8 costituito unicamente da <strong>atomi di carbonio<\/strong> che sono uniti gli uni con gli altri in una struttura a esagoni attraverso un legame covalente. La grafite, invece, \u00e8 composta da fogli singoli, sovrapposti l\u2019uno all\u2019altro e tenuti insieme con legami meno forti rispetto ai legami chimici: questa \u00e8 la ragione per la quale \u00e8 piuttosto facile ricavare il grafene a partire dalla <strong>grafite che viene esfoliata<\/strong>. Tale materiale si contraddistingue per una conformazione tale da dare origine a una specie di autostrada per gli elettroni, i quali possono spostarsi senza problemi: ecco perch\u00e9 il grafene si considera un semiconduttore sui generis.<\/p>\r\n<h2><strong>Le propriet\u00e0 meccaniche<\/strong><\/h2>\r\n<p>Al pari dei <strong>nanotubi di carbonio<\/strong>, che possono essere ritenuti dei parenti molto stretti del grafene, questo materiale vanta eccellenti propriet\u00e0 meccaniche che contribuiscono ad incrementare la sua resistenza, pi\u00f9 elevata di quella dell\u2019acciaio di centinaia di volte. E, nonostante questo, il grafene pu\u00f2 essere deformato senza fatica. Come si pu\u00f2 intuire, si tratta di caratteristiche a dir poco speciali, al punto che nel corso degli ultimi anni si \u00e8 concretizzata una sorta di <strong>corsa al grafene<\/strong> che ha portato a un flusso continuo di applicazioni e di scoperte pi\u00f9 o meno rivoluzionarie legate a questa tecnologia.<\/p>\r\n<h2><strong>Le prospettive per il futuro<\/strong><\/h2>\r\n<p>Attorno al grafene sono sorte aspettative davvero importanti, al punto che varie imprese e perfino alcuni Stati hanno deciso di <strong>procurarsi grafite in grandi quantit\u00e0<\/strong>, in modo da poter contare su scorte notevoli della materia prima dalla quale il grafene viene ottenuto. Va detto, per\u00f2, che almeno per il momento queste attese non sono state rispettate in pieno, se \u00e8 vero che a pi\u00f9 di 15 anni di distanza dalla scoperta non abbiamo ancora a che fare con le applicazioni straordinaria che ci si aspettava.<\/p>\r\n<h2><strong>Il nano mondo<\/strong><\/h2>\r\n<p>Questo non vuol dire che il grafene sia privo di meriti: per esempio, ha permesso di verificare le potenzialit\u00e0 del <strong>nano mondo<\/strong>. Ci sono ancora un sacco di materiali bidimensionali che possono essere scoperti, e ognuno di questi non \u00e8 che un foglio molto sottile, con lo stesso spessore di un atomo. Dopo il grafene, dunque, ci si \u00e8 imbattuti in <strong>materiali 2D<\/strong> che presentano una struttura a strati non molto diversa da quella della grafite. I singoli fogli di tali materiali possono essere costituiti da due strati di tellurio, di selenio o di zolfo che ne racchiudono uno di tungsteno o di molibdeno: sono i cosiddetti dicalcogenuri di metalli di transizione.<\/p>\r\n<h2><strong>I nuovi materiali 2D<\/strong><\/h2>\r\n<p>Merita di essere citato, tra gli altri, il disolfuro di tungsteno, ed \u00e8 piuttosto simile il disolfuro di molibdeno. In tutti e due i casi si parla di <strong>semiconduttori a band gap diretto<\/strong>: vuol dire che nel momento in cui vengono eccitati dalla luce visibile hanno la capacit\u00e0 di emettere luce. Sono tre gli strati atomici che compongono questi materiali. Ma che cosa succede quando i materiali 2D sono sovrapposti gli uni sugli altri? Si formano le cosiddette <strong>eterostrutture di Van der Waals<\/strong>, che sono dei sistemi stratificati che si possono impiegare, per esempio, per realizzare dispositivi avanzati per la fotonica e per l\u2019optoelettronica.<\/p>\r\n<h2><strong>Il grafene bianco<\/strong><\/h2>\r\n<p>Il <strong>grafene bianco<\/strong> \u00e8 un altro materiale 2D di eccezionali potenzialit\u00e0: noto anche con il nome di nitruro di boro, \u00e8 un semiconduttore con un band gap molto alto. Questo significa che per farlo condurre c\u2019\u00e8 bisogno di un\u2019eccitazione nell\u2019ultravioletto con luce di alta energia. Nel 2011, poi, sono stati creati i MXenes, o <strong>messeni<\/strong>: una famiglia di materiali bidimensionali che si pensa possa includere migliaia e migliaia di elementi. Prima che venissero scoperti, non si ipotizzava neppure che potessero esistere; adesso, invece, gli esperti del settore sono convinti che, almeno in teoria, possano esistere milioni di combinazioni potenziali che permettano la loro formazione. I <strong>composti ceramici<\/strong> sono costituiti da un metallo di transizione, da un elemento come il silicio o l\u2019alluminio e da un atomo di azoto o di carbonio. Essi costituiscono le fasi MAX: togliendo un componente, poi, si pu\u00f2 ricavare un carburo bidimensionale, che \u00e8 un parente non troppo lontano del grafene stesso.<\/p>\r\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Risale al 2004 la scoperta del grafene, avvenuta grazie a due ricercatori dell\u2019universit\u00e0 di Manchester: un evento che ha costituito una tappa molto importante per l\u2019evoluzione delle nanoscienze. 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