Grafene, ecco le principali frontiere del prossimo decennio

RICERCA – Con Flagship Grafene l’Europa punta sul grafene, e lo fa in grande. 142 membri distribuiti in 23 diversi paesi stanno lavorando a un enorme progetto, il più grande finanziato dalla Commissione Europea, i cui frutti dovrebbero essere prodotti entro i prossimi 3 o 5 anni e lanciati sul mercato in questi 10 anni. L’obiettivo è dunque ambizioso: far fare alla scienza e alla tecnologia del grafene un salto importante dal punto di vista delle sue applicazioni tecnologiche, portarle non solo in casa ma anche nelle nostre tasche.
Questo materiale è infatti non solo il più sottile che conosciamo, con uno spessore di un atomo di carbonio, ma è anche 100 volte più resistente dell’acciaio e al tempo stesso flessibile. È inoltre trasparente e conduce l’energia elettrica e termica molto meglio del rame. Insomma, un materiale che offre le stesse performance dei materiali usati attualmente nei nostri dispositivi, con l’aggiunta però di ulteriori funzionalità.

Il percorso di Flagship Grafene nasce nel 2011 come uno dei sei progetti selezionati per essere finanziati dai progetti europei Flagship da un miliardo di euro” spiega a Oggiscienza Francesco Bonaccorso, ricercatore del Graphene Labs dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Genova. “Nel maggio del 2011 la Comunità Europea ha finanziato la fase pilota di sei progetti prescelti che si è conclusa nell’Aprile del 2012. Nel gennaio del 2013 c’è stata la valutazione finale e il nostro è stato uno dei due progetti selezionati come vincitori del bando, partendo ufficialmente nell’ottobre dello stesso anno. È dunque un anno che Flagship Grafene è attivo, ed i risultati ottenuti fino a oggi sono senza dubbio promettenti in luce dell’obiettivo fissato, portare le tecnologie che stiamo mettendo a punto adesso sul mercato in questi 10 anni.”

Per quanto riguarda gli ambiti di ricerca, la roadmap scientifica e tecnologica del progetto, che ne ha messo nero su bianco i principali obiettivi e che è stata recentemente pubblicata sulla rivista Nanoscale, annovera 8 settori applicativi, il  primo dei quali è quello legato alla manifattura per la produzione su scala industriale del grafene e degli altri materiali bidimensionali. Un secondo ambito è quello cosiddetto optoelettronico, per la costruzione per esempio di laser impulsati ultraveloci, mentre un terzo riguarda la sensoristica basata sul grafene, sia per la costruzione di sensori ottici che di biosensori, le cui possibili applicazioni rientrano anche all’interno della tecnologia biomedica.
Vi è poi il campo dell’elettronica analogica e digitale, per esempio per la realizzazione di transistor di nuova concezione usati in dispositivi elettronici di uso quotidiano.
L’elettronica flessibile gioca un ruolo fondamentale nel progetto, grazie alle proprietà intrinseche del grafene, che è estremamente resistente, ma al contempo flessibile, caratteristiche che lo rendono un materiale ideale per il design di nuovi schermi flessibili che potrebbero trovare largo impiego e rivoluzionare il mercato dei televisori, dell’informatica e della telefonia mobile. Ampia parte del progetto riguarda poi il settore dell’energia, sia per quanto concerne la conversione, attraverso la realizzazione di pannelli solari che possono far uso del grafene in diverse parti del dispositivo, sia per l’immagazzinamento, come per esempio in batterie agli ioni litio o in supercondensatori. Infine, altre aree di interesse sviluppate nel progetto riguardano la produzione di nuovi compositi polimerici, che si dimostrino flessibili e al tempo stesso estremamente resistenti, e non da ultimo il settore del biomedicale, per applicazioni in bio-sensori e per la produzione di protesi innovative.

Il nostro paese è un punto nodale del progetto, tanto che sono 23 le realtà italiane coinvolte, tra istituti e aziende, rappresentate in Europa dal CNR e dall’IIT: Breton S.p.A., Centro Ricerche Fiat S.C.p.A., CNIT-Consorzio Nazionale Interuniversitario per le Telecomunicazioni, CNR Consiglio Nazionale delle Ricerche, Delta-Tech S.p.A., Dyesol Headquarters, FBK Fondazione Bruno Kessler, Grinp S.r.l., IIT Istituto Italiano di Tecnologia, INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Italcementi Group, Libre S.r.l., Nanesa, Politecnico di Milano, Politecnico di Torino, Selex ES Ltd, ST Microelectronics, Università di Bologna, Università di Padova, Università di Pisa, Università di Salerno, Università di Trieste, Università di Tor Vergata.

“Ai Graphene Labs dell’IIT ci stiamo occupando sostanzialmente dello sviluppo di quattro tematiche” spiega Bonaccorso. “Il primo riguarda la produzione del grafene in forma di inchiostri stampabili, un settore affascinante ed in enorme sviluppo, anche per l’industria della stampa. La seconda tematica riguarda il campo dell’energia. In particolare stiamo lavorando alla messa a punto di celle fotovoltaiche utilizzando appunto gli inchiostri stampabili per la realizzazione di pannelli fotovoltaici più economici e di batterie al litio più performanti rispetto a quelle basate sulla tecnologia attuale. Altre tematiche che stiamo sviluppando riguardano l’optoelettronica e la studio della biocompatibilità di questi materiali”

Ma l’aspetto forse più interessante da mettere in luce è forse un altro. “Il traguardo più ambizioso di questo progetto è la creazione di un mercato basato sul grafene e sui materiali bidimensionali, e conseguentemente creare lavoro” conclude Bonaccorso. “Ci aspettiamo quindi un impatto del grafene sulla società ad ampio raggio, non solo per quanto riguarda lo sviluppo di una tecnologia interamente basata sul grafene. Noi siamo persuasi che il progresso tecnologico che il grafene e gli altri materiali bidimensionali possono garantire, che è il senso ultimo di Flagship Grafene, rappresenterà una sorta di rivoluzione scientifica, che può rappresentare un punto di svolta decisivo per la nostra contemporaneità”.

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