Nanotubi in carbonio – Grafene

Il grafene è un materiale costituito da uno strato monoatomico di atomi di carbonio (avente cioè uno disposizione degli atomi di carbonio nel grafenespessore equivalente alle dimensioni di un solo atomo). Ha la resistenza meccanica del diamante e la flessibilità della plastica. Gli atomi sono ibridati nella forma sp², e si dispongono quindi a formare esagoni con angoli di 120°.

Il grafene batte il diamante, perché ha una durezza maggiore (e, a differenza del diamante, è super-flessibile). Batte l’argento, perché non ha eguali come conduttore di calore, e batte il rame come conduttore elettrico. La sua capacità di garantire resistenza al calore, elasticità e robustezza lo rende il candidato ideale per la realizzazione di nuovi materiali

Proprietà elettriche.

Una delle proprietà principali proprietà del grafene è quella di conduttore elettrico.

Gli atomi di carbonio hanno un totale di 6 elettroni; 2 interni e 4 esterni. I 4 elettroni esterni in un atomo di carbonio individuale sono disponibili per il legame chimico, ma nel grafene, ogni atomo è collegato ad altri 3 atomi di carbonio, lasciando 1 elettrone libero completamente disponibile per la conduzione elettronica. Questi elettroni altamente mobili sono chiamati Pi (π) elettroni e si trovano sopra e sotto il foglio di grafene. Questi orbitali pi si sovrappongono e contribuiscono a migliorare i legami di carbonio nel grafene.

Resistenza meccanica.

Un’ altra importante proprietà del grafene è la sua resistenza meccanica. Grazie alla forza dei suoi legami di carbonio lunghi 0,142 Nm, il grafene è il materiale più resistente mai scoperto, con un carico di rottura di 130,000,000,000 Pascal (o 130 gigapascals), rispetto ai 400.000.000 per A36 acciaio strutturale, o 375,7 milioni dell’ aramide (Kevlar).

Non solo il grafene è straordinariamente forte, ma è anche molto leggero. Pesa infatti 0.77 mg/m2 (a fini comparativi, 1 metro quadrato di carta è di circa 1000 volte più pesante). Si dice spesso che un singolo foglio di grafene (essendo spesso solo 1 atomo), di dimensioni sufficienti sufficiente a coprire un campo di calcio intero, peserebbe meno di 1 grammo.

Ciò che rende questo materiale particolarmente speciale sono anche le sue proprietà elastiche, essendo in grado di mantenere la sua dimensione iniziale dopo sforzo. Nel 2007 sono stati eseguiti studi su fogli di grafene sospesi sopra delle cavità biossido di silicio. Queste prove hanno dimostrato che i fogli di grafene (con spessori compresi tra 2 e 8 Nm) avevano costanti elastiche nella regione di 1-5 N / m ed un modulo di Young (diversa da quella della grafite tridimensionale) di 0,5 tPA.