I ricercatori della Donghua University hanno condotto esperimenti su un foglio di grafene in grado di “camminare”
Il foglio che “va a spasso”
Alcuni giorni fa è stato pubblicato su Science Advances uno studio decisamente particolare, condotto da un gruppo di ricercatori cinesi della Donghua University di Shangai. Nel video di presentazione si vede un foglio prendere vita e cominciare a muoversi, strisciando avanti e indietro. Se questo già non fosse sufficiente a catturare l’attenzione del pubblico, viene mostrato come, opportunamente piegato, il foglio in questione si apra e chiuda formando un origami.
Il segreto di questa apparente stregoneria risiede nel materiale utilizzato per realizzare questo “foglio magico”. Esso infatti è costituito da strati di ossido di grafene, modificato con un composto di ossigeno e idrogeno per renderlo permeabile alle molecole di acqua. Il foglio agisce come una spugna, assorbendo l’umidità presente nell’aria, fenomeno che comporta un suo rigonfiamento. E’ sufficiente a questo punto esporlo ad una fonte di calore per far sì che esso rilasci il liquido assorbito. Questo comporta che il foglio si contragga ed avanzi sulla superficie di appoggio.
Logo dell’Università di Donghua, usato a scopo informativo
“L’acqua entra ed esce molto velocemente” spiega Hongzhi Wang, co-autore del paper, con un tempo di cinque secondi per ogni ripiegatura. Non si tratta del primo materiale “vivente” mai realizzato: in passato, infatti, polimeri a memoria di forma e gels sono stati oggetto di numerosi esperimenti e ricerche. Quello realizzato in grafene dagli studiosi cinesi però presenta peculiarità che lo rendono più competitivo rispetto ai suoi concorrenti. Sempre secondo Wang infatti “confrontato con i materiali attivi tradizionali, la struttura del foglio in grafene è più semplice, la risposta più veloce, l’output più efficiente”.
Sebbene a prima vista possa sembrare un fenomeno curioso più che una vera scoperta scientifica, la sua importanza è notevole in quanto mette in evidenza nuove potenzialità di un materiale che negli ultimi anni ha suscitato un grande interesse: il grafene.
Grafene, il materiale del futuro
La storia di questo materiale cominciò nel 2004, quando Andrej Gejm e Konstantin Novoselov, ricercatori dell’Università di Manchester, durante una serie di esperimenti su un cristallo di grafite riuscirono, con l’ausilio di comune nastro adesivo, ad isolare meccanicamente una foglia di grafene. Quello trovato dai due studiosi non è solo il materiale più sottile al mondo (risulta infatti costituito da un singolo strato regolare e stabile di atomi di carbonio), ma anche uno straordinario conduttore elettrico e termico. Come non bastasse, un singolo foglio di grafene è cento volte più resistente dell’acciaio e sei volte più elastico.
La straordinarietà di quanto scoperto non solo valse il premio Nobel per la Fisica ai due ricercatori, ma comportò anche un’autentica pioggia di milioni da parte di diversi enti per potenziare la ricerca nel settore. È del 2013, per esempio, lo stanziamento di un miliardo di euro in dieci anni da parte della Commissione Europea per favorire la ricerca nell’ambito dei materiali innovativi. Al momento, l’Università di Göteborg ricopre un ruolo di leadership nel settore ed è a capo di un gruppo di ricerca formato da enti pubblici e privati di più di venti paesi, in una competizione a colpi di brevetti alla quale partecipano colossi mondiali come Intel, Ibm e Samsung.
Questo microfilm a base grafite mostra potenzialità eccezionali e ancora tutte da scoprire, e non a caso si è meritato appellativi come “il materiale delle meraviglie” o “la plastica del futuro”. Secondo alcuni studiosi, potrebbe addirittura essere la chiave per entrare nella prossima era industriale. Il piccolo passo di quel foglietto potrebbe quindi portare ad un grande passo per l’umanità…
Future applicazioni
Nella sostanza, però, quali sono le applicazioni possibili per questo materiale miracoloso? Sebbene si sia ancora allo stadio sperimentale, cominciano ad emergere interessanti opportunità. Nel giugno scorso, per esempio, un gruppo di ricerca della Columbia University ha progettato e realizzato la prima lampadina a base grafene: la luce viene generata da un filamento di questo materiale. In questo modo, è stato possibile creare la lampadina più piccola del mondo.
Quello studio ha aperto la strada ad ulteriori esperimenti per la realizzazione di computer superveloci e dispositivi per le comunicazioni ottiche. Molti altri sono i campi che vengono studiati, dall’automotive con impianti elettrici ultraleggeri in filo di grafene, alla sicurezza con nuovi sottilissimi giubbotti anti-proiettile, ad altoparlanti flessibili.
Per quanto riguarda i ricercatori cinesi e il loro foglio semovente, questo lavoro potrebbe rappresentare un punto di svolta nello studio sul ripiegamento di singoli fogli di atomi. Si potrebbe arrivare a breve alla creazione di strutture bidimensionali in grado di mutuare in tridimensionali e ad un nuovo tipo di robotica con numerosi campi di applicazione. Nell’articolo si parla ad esempio di muscoli ed arti artificiali, capi di abbigliamento intelligenti e di applicazioni nel campo energetico. Si sta anche pensando alla realizzazione di un nuovo genere di pannelli solari self-folding. Per quanto si tratti di una prospettiva interessante, prima si dovrà migliorare e di molto il livello di conversione di questi sistemi, attualmente all’ 1,8%.
Le potenzialità sono quindi pressochè illimitate, ma per sfondare definitivamente al grafene non basterà solo muoversi, dovrà correre…
Tags:Donghua University,grafene,materiali innovativi,pannelli solari,robotica,self-folding
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