E’ più duro del diamante, conduce l’elettricità meglio del rame, è invisibile, flessibile, resistente al calore e di buon carattere tanto che si unisce con facilità ad altri materiali. Ha un unico difetto: costa caro; ma si sta impegnando per superarlo. Il grafene è una sostanza che infiamma l’immaginazione e appassiona i ricercatori. Anche perché è un emblema delle possibilità della ricerca: un materiale che sta uscendo dai laboratori per essere affidato a prodotti a cui garantisce prestazioni avanzate. L’elenco di questi prodotti è sorprendentemente vario. Troviamo i pannelli fotovoltaici, a cui offre migliori performance e la possibilità di assumere forme flessibili aderendo perfettamente a superfici irregolari. Ma anche molto altro: racchette da tennis, in cui il peso viene bilanciato in modo da favorire la potenza del colpo; sci più resistenti e con maggiore capacità di scivolamento; cellulari dallo schermo flessibile che si possono avvolgere attorno al polso.Come è possibile che un unico materiale riesca a svolgere tutte queste funzioni?
“Cominciamo con il definirlo”, risponde Giovanni Bruno, del Cnr Nano di Bari. “Il grafene è uno strato di atomi di carbonio organizzato con una struttura ad anelli esagonali, a nido d’ape. Assorbe solo circa il 2% della luce e dunque è talmente trasparente che, se metto l’uno accanto all’altro due vetri di cui uno ha lo strato di grafene e l’altro no, non si nota la differenza. Ma la differenza c’è. Ed è importante. Ad esempio il vetro con il grafene è diventato un ottimo conduttore di elettricità”. Bruno, che lavora con il grafene dal 2009, spiega che è arrivato a isolare questa sostanza e a deporla su strati di vetro anche di 50 centimetri per 50 con proprietà competitive rispetto ai migliori standard raggiunti. “Si può partire da qualunque tipo di idrocarburi o da qualunque sostanza organica. Si isolano fiocchi di grafene ottenendo un materiale che si può chiamare bidimensionale perché ha uno spessore di 0,34 nanometri, circa un terzo di miliardesimo di metro”, continua Bruno. “A questo punto si deposita il grafene su un supporto che può essere di vetro, di plastica, di metallo. E questo supporto si trova così a sommare le sue caratteristiche a quelle del grafene”.
È una tecnologia complessa che si sta affinando soprattutto per far scendere i costi di produzione e guadagnare competitività. Ma come si possono conciliare questi costi con il prezzo di racchette da tennis che vengono pubblicizzate come “al grafene” e sono vendute a poche decine di euro? “La mia risposta è che non si conciliano”, continua Bruno. “La verità è che oggi definire il grafene è più difficile di quanto non lo fosse 10 anni fa perché il successo ha portato a produrre un altro tipo di grafene con tecniche completamente diverse e con un livello di purezza assolutamente diverso. Parliamo di una sostanza che non è più trasparente e che può essere usata anche sotto forma di un inchiostro nero che si può spruzzare su varie superfici con sistemi simili alle stampanti a getto di inchiostro formando piste attraverso cui passa la corrente. Rispetto al grafene di cui parlo io si tratta di un’altra famiglia”.
Su questo punto le strade della ricerca si separano e anche i giudizi degli esperti. Mentre il Cnr di Bari guarda con una certa diffidenza a questo secondo tipo di grafene, dall’Istituto italiano di tecnologia di Genova arriva un giudizio più positivo. Francesco Bonaccorso racconta come è nato in laboratorio e la storia colpisce perché si è arrivati a una tecnologia d’avanguardia partendo da una sperimentazione che sembra quasi un gioco. Funziona così. Si prende un frammento di grafite, quella con cui fanno le matite, e lo si posiziona tra due strati adesivi di scotch. Separando i due strati si ottiene una quantità più piccola di grafite su ogni strato. Si prende uno di questi strati e si ripete il procedimento per un numero di volte tanto alto da ottenere alla fine una riduzione estrema del materiale di partenza. “Naturalmente il sistema non è industrializzabile con questa procedura”, spiega Bonaccorso. “Ma si può arrivare allo stesso risultato per altre vie: l’energia meccanica ad esempio può arrivare in forma di ultrasuoni e mettendo la grafite in un adeguato solvente si può compiere il procedimento di esfoliazione in un liquido. Voglio anche sottolineare che nella ricerca sul grafene l’Italia svolge un ruolo molto importante: è capofila assieme alla Gran Bretagna nella stesura del progetto europeo che comporta un investimento da un miliardo di euro. Iit e Cnr rappresentano i punti di riferimento in questo settore: sono tra le prime 10 nella lista di 150 istituzioni scientifiche selezionate in Europa”.
Del resto se è vero che ci sono due famiglie di grafene (il primo procedimento è chiamato bottom-up, il secondo top-down) è anche vero che i costi di produzione sono diversi e che si possono aprire alla ricerca due mercati distinti. È l’opinione di Vittorio Morandi, del Cnr Imm di Bologna: “Da una parte ci sono gli usi per l’elettronica avanzata e per la produzione energetica. Penso ad esempio alle celle solari in cui il grafene può essere utilizzato con materiali fotosensibili inorganici per migliorare la capacità di trasporto dell’elettricità e per aumentare la resa. Ad esempio, come catalizzatore, può sostituire il platino che, se esaminiamo i materiali di partenza, è 10 mila volte più caro della grafite e resta, anche alla fine del processo, più caro almeno di 10 o 100 volte”. Sempre all’interno di questa categoria di possibili usi troviamo l’elettronica avanzata: se i materiali utilizzati oggi per gli schermi venissero arricchiti con il grafene, si potrebbero ottenere oggetti flessibili, resistenti e capaci di condurre l’elettricità: l’ideale per il touch screen. E il grafene di alta qualità risulta interessante anche per aumentare l’efficienza e la durata delle batterie al litio. “I due scogli che la ricerca deve affrontare”, conclude Morandi, “sono l’aspetto infrastrutturale – visto che si tratta di trovare la convenienza economica per la riconversione di sistemi produttivi – e l’individuazione dei materiali giusti per l’inserimento del grafene”.