ciao ragazzi sono marco per gli amici il cuso è benvenuta una nuova puntata della fisica che non ti aspetti in questa puntata parliamo di gaga se ne un materiale relativamente nuovo che sta rivoluzionando la scienza dei materiali ed è letteralmente sulla bocca di tutti ma che cos'è il grafene come è stato scoperto e come è fatto e queste sono domande più prettamente da chimico e quindi le giriamo immediatamente a un chimico e quindi ospite della fisica che non ti aspetti un volto che per chi ha seguito la sola via week non troverà nuovo signore e
signori a voi giuseppe grazie marco per la presentazione io sono giuseppe del canale la chimica per tutti per ora vi parlerò un pochino della storia del grafene e vi accennerà da alcune sue proprietà che poi marco approfondirà bear bene nella seconda parte del video allora innanzitutto che cos'è il grafene il grafene è una delle forme allo tropic e in cui si può trovare il carbonio molti elementi infatti esistono in natura in varie forme non nel senso della composizione chimica che è sempre la stessa perché se parliamo di carbonio e sempre carbonio puro ma nel senso
che cambia il modo in cui gli atomi sono legati tra di loro ad esempio il carbonio lo possiamo trovare come diamante normalmente o come grafite nel diamante ogni atomo di carbonio è legato ad altri quattro atomi e forma una specie di tetraedro nella grafite invece abbiamo vari piani ognuno dei quali è formato da tante celle esagonali contenenti sempre carbonio nel caso del grafene invece stiamo parlando di un singolo foglio di carbonio cioè è come se noi dicessimo che la grafite è composta da tanti strati di grafene ovviamente non esiste in realtà soltanto carbonio grafia del
grafene ci sono anche altre forma la topica del carbonio come i fullereni o i nanotubi che sono troppo più complesse e non non ci riguardano in questo momento allora cerchiamo di capire quindi bene perché così particolare il grafene abbiamo detto che la capite è formata da tanti fogli di grafene e disposti l'uno sopra l'altro ora qua sono dei fogli di carta possono immaginarceli in questo modo ogni foglio immaginatelo con degli esagoni vedi tutto ricoperto dai sacconi di carbonio nella grafite questi fogli sono uno sopra l'altro e non sono legati da legami chimici molto forti mentre
il legame tra ogni carbonio all'interno dell'esagono quindi all'interno di ogni foglio è un legame covalente quindi legame molto forte molto difficile rompere l'interazione che c'è tra un foglio e l'altro e un'interazione molto più debole come vedete quindi se io vari fogli disposti l'uno sopra l'altro che sono legate soltanto da una forza molto tempo e vedete così se li nuovo un po lo scivolano però appena faccio un po più di forza cui già scivolare l'uno sull'altro per questo motivo ad esempio la grafite e utilizzata come lubrificante proprio perché tutti questi piani possono scivolare l'uno sull'altro ma
se quindi il materiale la grafite nel suo complesso non ha grosse proprietà meccaniche non apro vediamo e cariche importanti proprio perché i piani possono scivolare se ne prendiamo un singolo foglio che cosa caso quindi sarebbe il grafene allora le proprietà meccaniche diventano come vedete molto più intense molto più forti però perché come abbiamo detto all'interno del singolo foglio e legami sono molto forti poi comunque di questo me ne parlerà marco in dettaglio vi farà vedere in che modo queste proprietà meccaniche e anche le proprietà ottiche ed elettroniche che derivano dalla struttura del grafene possono essere
utilizzate per veramente applicazioni fantascientifiche è anche interessante conoscere la storia del grafene come è stato scoperto il grafene è stato isolato per la prima volta nel 2004 da andré game che è un fisico sovietico però naturalizzato olandese per l'importanza della scoperta poi andrè game ha preso il premio nobel per la fisica nel 2010 dato interessante che alleghiamo è stato anche la prima persona del mondo a vincere sia un premio nobel si è un premio ignobel premio ig nobel che non so se lo conoscete un po una parodia del nobel del nobel che viene assegnato tutti
gli anni e le ricerche più strane andrè game lo vinse perché qualche anno prima stava studiando la levitazione e fece un esperimento molto famoso in cui fece levitare una rana e per questo gli fu assegnato il nobel salvo poi qualche anno dopo a segnargli anche il premio nobel anzi no bella dall'esattezza per la scoperta del grafene è anche molto curioso il modo in cui è stato isolato per la prima volta in grafene infatti stadio suonato del semplicissimo scotch sì lo scotch quello che utilizzate per appendere non lo so i poster o cose del genere e
infatti devono della grafite abbiamo vari piani di grafene come facciamo a celare un singolo piano semplice prendere qualcosa di colloso che in questo modo strappo un piano quindi cosa hanno fatto hanno preso un cristallo di grafite lo hanno messo nello scotch e hanno cominciato a strappare in questa maniera sono riuscite ottenere dei piani di grafene della dimensione di circa qualche micron che comunque abbastanza è stata abbastanza per permettere sia di caratterizzare il materiale sia di costruirci dei primi dispositivi come le transistor oggi ovviamente questo metodo non può essere utilizzato industrialmente no non è fattibile per
cui bisogna cercare altri metodi in questo d'aiuto la chimica infatti non è solo quella la maniera necessario per forza utilizzare una via meccanica si possono anche immaginare altre strategie ora la grafite e il grafene sono materiali un po particolare perché sono completamente in solubili in acqua quindi è necessario in qualche modo renderli solubili e in questo modo cercare di separare poi fase acquosa o comunque fase liquida i i piani l'uno dall'altro per rendere solubile il grafene quindi la grafite è necessario attaccarla con acidi molto forti quindi in genere si fa un primo attacco con acido
ha tirato fuori che al cielo nitrico in questo modo si ossida e la grafite che abbiamo detto è carbonio puro contiene soltanto carbonio la sinossi da grafite ossido po grafene ossido in questo modo in pratica il carbonio non è più da solo ma si lega anche altri atomi come l'ossigeno una volta che è legato all'ossigeno la solubilità della grafite e quindi anche del grafene aumenta perché può interagire meglio con l'acqua quindi una volta ho sfilato in questo modo in genere vengono messi in acqua vengono sciolti solo utilizzati dopodichè che un'altra reazione chimica è possibile a
questo punto isolare ogni singolo piano di grafene che però non sarà comunque grafene puro ma nei bordi avrà sempre dei gruppi contenenti ossigeno per permetterne e la solubilità in acqua o comunque negli altri solventi organici ovviamente il fatto che questi gruppi siano presenti solamente nel piano più esterno di soltanto ai bordi della chiama la molecola ma in realtà ovviamente tutto un piano di grafene permette di preservare la reattività le caratteristiche all'interno poi del piano questo modo poi è possibile anche immaginare un'applicazione più industriale che quello necessaria che quella necessaria infatti se poi vogliamo costruire dei
dispositivi vogliamo comunque renderlo di utilizzo pratico sarà necessario trovare un modo per produrlo industrialmente per ora tutta la ricerca è diretta in questo senso bene io quindi vi ringrazio per avermi seguito e ripassano una palla marco per continuare a raccontarci un po degli utilizzi poi pratichi quindi del grafene devo provare anch'io a far levitare una rana scherzi a parte grazie giuseppe preciso e chiaro come al solito quindi il grafene è davvero un materiale molto interessante e alcune delle proprietà di questo nuovo materiale sono già state anticipate da giuseppe in particolare la resistenza meccanica del grafene
questo materiale infatti ha una resistenza una rigidità che circa dieci volte quella dell'acciaio ma è anche molto molto più leggero quindi potrebbe essere un materiale interessante come materiale strutturale tuttavia i problemi di produzione in massa di grafene limitano molto gli impieghi nel campo nel campo pratico un possibile impiego del grafene in questi termini non è come grafene tal quale cioè può immaginare fogli di grafene usati come non lo so come membrane oppure come sostegni ma più che altro come carica come phil una carica è un qualunque materiale che viene aggiunto ad un altro materiale che
invece verrà chiamato matrice per modificarne il gene per migliorarne alcune caratteristiche nel campo delle materie plastiche quella di aggiungere cariche aggiungere film è una prassi diciamo che ormai è sfidata negli anni cinquanta insomma sono mai 70 anni quasi che facciamo materie plastiche con phil all'inizio naturalmente le cariche sono piuttosto semplici come fibra di vetro fibra di carbonio che si usano ancora adesso è cariche minerali mica carbonato di calcio si dice a ossido di titanio di recente però le cosiddette nano cariche cioè cariche costituite da particelle in cui almeno una delle tre dimensioni spaziali è inferiore
ai 100 nanometri hanno preso piede perché riescono a migliorare le caratteristiche di un materiale con percentuale aggiungendo percentuale di carica decisamente piccole si parla magari pochi per cento quando prima magari di fibra di vetro bisognerà mettere un 20 30 per cento quindi si mantiene il materiale leggero che è il motivo per cui si scelgono le materie plastiche sono leggere ma si riesce a migliorare per esempio la sua rigidità alla sua la sua resistenza attrazione si aumenta il carico di rottura e proprietà del genere tuttavia come ho detto il problema della produzione in massa al grafene
un forte limite all'impiego di questo particolare materiale come carica tant'è che risulta solamente un unico prodotto commerciale caricato con grafene si tratta di un materiale cementizio per per l'edilizia e al suo interno c'è veramente pochissimo grafene meno dello 0,05 per cento percentuali veramente minuscole un'altra proprietà interessante del grafene è la sua capacità di condurre corrente elettrica diciamo che questa non è una grande sorpresa anche la grafite è un buon conduttore elettrico ma ciò che differenzia la grafite dal grafene è il fatto che il grafene è veramente un eccellente conduttore elettrico figuratevi che anche se è
difficile misurare la conducibilità elettrica del grafene da solo ma si stima che la sua conducibilità elettrica sia superiore a quella dell'argento potrebbe essere probabilmente il miglior conduttore a temperatura ambiente attenzione se vi ricordate il video sui superconduttori non sto parlando di niente del genere sto solo dicendo che il grafene un ottimo conduttore ma purtroppo non è un superconduttore queste proprietà sono dovute al modo in cui gli elettroni sono in grado di muoversi all'interno del piano purtroppo è difficilissimo spiegare il comportamento degli elettori bisogna usare la meccanica quantistica alle care vecchie la cara vecchia legge di
ohm per esempio ciao non non vale più tuttavia le proprietà elettriche del grafene possono essere passate a un'eventuale matrice ritorniamo al discorso del grafene usato come carica infatti è possibile rendere una materia plastica conduttiva aggiungendo piccole quantità di grafene forse però le proprietà più sconvolgenti del grafene sono le proprietà ottiche trattandosi di un foglio così sottile ci aspetteremmo da parte del grafene una scarsa interazione con la luce ci immagineremmo che un raggio di luce possa attraversare senza problemi un foglio di grafene dopotutto è spesso un atomo ma in realtà il grafene è insolitamente opaco almeno
per quello che riguarda il suo spessore dato il suo spessore è incredibilmente opaco e le sue proprietà ottiche soprattutto possono cambiare a seconda della corrente elettrica o meglio della tensione elettrica che gli viene applicata e la velocità con cui le proprietà ottiche possano cambiare è incredibile tanto che il grafene stavolta il grafene tal quale si pensa possa fare parte di apparecchi elettronici più complessi come ad esempio i laser ultraveloci e altre apparecchiature diciamo luminose per la misura o per l'emissione di luce ultraveloci e un'ultima proprietari interessante del grafene anche se qui ci sono un po
di discussione a riguardo è la capacità di condurre calore il grafene come la grafite come il diamante è un buon conduttore di calore niente di strano sembrerebbe essere un conduttore incredibile di calore ancora una volta è difficile misurare la conducibilità termica del grafene da solo si stima che possa essere dieci volte superiore a quella del logo ma forse no forse è soltanto simile a quella della grafite ma forse è peggiore insomma non è del tutto chiaro resta il fatto che il grafene è un buon conduttore di calore e quindi potrebbe ancora una volta tanto per
cambiare migliorare anche questa caratteristica di una materia plastica in definitiva il grafene è un è un bellissimo materiale ha delle potenzialità grandissime e potrebbe essere veramente una rivoluzione nel campo della scienza dei materiali ma fino a quando non si ovvierà non si risolverà il problema della sua produzione a livello industriale ve dovremo accontentarci di applicazione di nicchia o di semplici test di laboratorio per vedere quanto è bravo a fare una cosa quanto è bravo a farne un'altra e poco più bene ragazzi questo video finisce qui io spero che vi sia piaciuto in tal caso mettete
un bel pollice in su mi raccomando andate a vedere il canale di giuseppe la chimica per tutti e iscrivetevi io vi do appuntamento al prossimo video e giuseppe anche io vi saluto e vi ringrazio per aver visto questo video spero vi sia piaciuto se tenete passate anche a salutarmi nel mio canale la chimica per tutti ciao
