Il grafene è attualmente uno dei materiali più studiati al mondo, sia a livello scientifico sia industriale. E’ composto da foglietti microscopici di atomi di carbonio, aventi lo spessore di un singolo atomo e una dimensione laterale che può arrivare a varie decine di micron. Sin dalla sua scoperta nel 2004, il grafene ha dimostrato proprietà eccezionali da vari punti di vista: un’altissima mobilità di carica elettrica, alta resistenza meccanica, ottima conducibilità termica, elevata area superficiale ed è impermeabile a tutti i comuni gas. Negli ultimi anni il numero di pubblicazioni scientifiche e brevetti sul grafene è cresciuto in modo esponenziale. Numerosi centri di ricerca e industrie stanno investendo energie e risorse per studiare l’utilizzo dei derivati grafenici in compositi elettricamente e termicamente conduttivi, batterie, elettrodi trasparenti, lubrificanti, sensori, coating protettivi, inchiostri, vernici, etc.
Alcuni campi di interesse dei derivati grafenici
I fogli di grafene hanno ottime proprietà meccaniche, alta conducibilità termica ed elettrica, nonché elevata area superficiale ed eccellente stabilità in aria. Possono essere processati in solido o in soluzione per realizzare compositi o coating di varia natura. Il Laboratorio Mister offre ai partner industriali oltre a una vasta gamma di prodotti a base di grafene, l’esperienza e le capacità per sviluppare assieme materiali innovativi in funzione delle singole esigenze. Referenze: •E. Treossi, M. Melucci, A. Liscio, M. Gazzano, P. Samorì, V. Palermo. Journal of the American Chemical Society 131, 15576, 2009. •J. M. Mativetsky, E. Treossi, E. Orgiu, M. Melucci, G. P. Veronese, P. Samori, V. Palermo. Journal of the American Chemical Society 132, 14130, 2010. •M. Melucci, E. Treossi, L. Ortolani, G. Giambastiani, V. Morandi, P. Klar, C. Casiraghi, P. Samori, V. Palermo; Journal of Materials Chemistry 20, 9052, 2010. •Z. Y. Xia, S. Pezzini, E. Treossi, G. Giambastiani, F. Corticell
A parità di spessore, il grafene è 300 volte più resistente, e 5 volte più duro dell’acciaio, ha una conduttività elettrica di 6000 S/cm e una conducibilità termica di 5000 Wm-1•K-1 (superiore a quella del rame). Inoltre il grafene presenta una elevata area superficiale ≈ 2600m2/g.
Materiali elettricamente e termicamente conduttivi, gas-barrier, lubrificanti, inchiostri conduttivi, ritardanti di fiamma, antistatici, rivestimenti protettivi, plastica, energia, catalizzatori, elettronica flessibile, sensori, materiali compositi, elettrodi trasparenti, etc
Alcuni derivati grafenici prodotti presso il Laboratorio Mister.
Produzione e sviluppo di nuovi prodotti polimerici caricati con grafene
L’Emilia Romagna ha un gran numero di aziende operanti nel campo della meccanica, con un’eccellenza industriale ben nota a livello mondiale. Per mantenere quest’eccellenza e affrontare la sfida dei competitors extra-EU, che spesso hanno costi di produzione molto più bassi, è necessario per le aziende emiliano-romagnole sviluppare nuovi prodotti ad alta tecnologia nel settore polimerico e meccanico, che permettano applicazioni sino ad ora impossibili per questi materiali. Il grafene è un rinforzo multifunzionale che può migliorare a basse concentrazione le proprietà elettriche , termiche, meccaniche e di barriera ai gas nei polimeri e quindi può essere utilizzato come additivo per sviluppare nuovi materiali e prodotti in ambito industriale. Il Laboratorio MIST E-R, assieme a tre aziende emiliano-romagnole, si sta occupando della messa a punto dei processi produttivi coinvolti nella realizzazione di compositi polimerici caricati con grafene. L'obbiettivo di questo progetto è realizzare una vera e propria filiera produttiva di aziende per la produzione e caratterizzazione di questi nuovi materiali. Sono stati realizzati diversi prototipi di polimeri caricati con derivati grafenici
GHEPI S.r.l. NEVICOLOR S.p.A. PENTACHEM s.r.l. Istituto di Sintesi Organica e Fotoreattività del CNR
L’utilizzo di grafene può permettere un salto di qualità in vari campi applicativi, come automotive, aerospaziale, energia, etc., dando un chiaro vantaggio competitivo alle aziende che per prime riusciranno a sviluppare su scala industriale il suo utilizzo.
Alcuni prototipi realizzati nel progetto