Il silicene | Il materiale che rivoluzionerà la tecnologia

Fatti da parte, grafene, è questo il materiale che rivoluzionerà la tecnologia! Da quando è stato scoperto, nel 2004 il grafene si è goduto la ribalta della scienza dei materiali. Ma una sostanza dal nome simile, il silicene, riuscirà a rivoluzionare il settore dell'elettronica.

"Il silicene sta al silicio come il grafene al carbonio", spiega Yukiko Yamada-Takamura dell'Istituto Superiore di scienza e tecnologia giapponese, che è all'avanguardia nella ricerca sil silicene. Cosi come il grafene è un singolo strato di atomi di carbonio, il silicene è un singolo strato di atomi di silicio. Da molti punti di vista il silicene si comporta con il grafene: per esempio, è un ottimo conduttore elettrico che permette agli elettroni di scorrere quasi senza ostacoli. Ma ha un vantaggio cruciale sulla sua controparte di carbonio: essendo fatto di silicio è altamente compatibile con i circuiti di silicio già esistenti. Quindi il tempo necessario alla ricerca per far arrivare sul mercato prodotti a base di silicene sarà minore e i costi di produzione inferiori. Avrà anche gli stessi pregi del grafene: alta velocità computazionale e poca energia dispersa sotto forma di calore.

La struttura bidimensionale a nido d'ape
del silicene potrebbe presto essere la base
per lo sviluppo dei nuovi gadget tecnologici

Cosi, alla lunga, sarà il silicene a far fare cose meravigliose ai nostri smartphone, non il grafene. Il silicene batte il grafene anche il quanto a flessibilità strutturale. Laddove il grafene può assumere una forma sola, in cui gli atomi si dispongono in uno specifico reticolo orizzontale, il silicene è diverso.
"Il silicene può essere flessibile fino alla scala degli atomi, che quindi possono disporsi fuori da un piano", spiega Yamada-Takamura. Questi sottili spostamenti nella struttura atomica del silicene permettono di variarne le proprietà elettriche e di aumentare il numero dei possibili usi.

Il momento di gloria del silicene deve ancora arrivare: è stato creato per la prima volta appena due anni fa, da un gruppo di ricercatori in Germania. E' lontano dalla valanga di brevetti basati sul grafene che sono già stati registrati in tutto il mondo. Ma, alla fine, sarà il silicene ad avere l'impatto maggiore sulla nostra vita.(science)
APPLICAZIONI

• Circuiti elettronici
• Memorizzazione di dati
• Catalizzatore per ripulire l'inquinamento

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Il grafene | Più forte, più flessibile, più conduttore | Presto in tutti i telefoni

Il grafene

C'è un materiale che è diventato sinonimo di "miracolo": il grafene. 

Quasi ogni settimana viene annunciato un nuovo possibile uso di questo strato bidimensionale di carbonio puro. L'anno scorso sono stati pubblicati diecimila articoli di ricerca sul grafene.

Secondo Andre Geim, professore all'Università di Manchester, che ha vinto il premio Nobel per la fisica nel 2010 per esserne stato uno degli scopritori, è il materiale più resistente mai studiato, il materiale più rigido che conosciamo e con il massimo rapporto area/peso: un grammo è in grado di coprire vari campi da calcio.

La struttura ultrasottile del grafene gli conferisce anche interessanti proprietà elettriche: per cominciare, ha un'elevata conduttività. La ricerca sul grafene, che era ignoto ancora 10 anni fa, è tanto promettente che all'inizio di quest'anno le sono stati concessi finanziamenti per un miliardo di euro. I prodotti a base di grafene stanno cominciando a entrare nel mercato: tra i primi c'è stata una racchetta da tennis prodotta dalla ditta australiana Head. Un'occhiata alle dieci società che hanno depositato più brevetti riguardanti il grafene, in cui compaiono la Samsung, la SanDisk 3D (che produce circuiti tridimensionali) e la Xerox, ci dà un'indicazione delle aree in cui ci sarà l'impatto maggiore. Fino a pochissimo tempo fa il grafene avrebbe potuto benissimo essere al vertice della nostra rassegna di materiali miracolosi, e se lo sarebbe meritato. Ma c'è un nuovo arrivato nel mondo dei materiali che gli ha soffiato il posto: il silicene.
APPLICAZIONI 

• Schermi flessibili per computer 
• Microprocessori più veloci 
• Materiali compositi più leggeri e resistenti (racchette da tennis e bici) 
• Celle fotovoltaiche più efficienti 
• Sensori

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Grafene | Com'è fatto? | Luna | C'è atmosfera sulla Luna?

Struttura del grafene

Il grafene è costituito da disegni esagonali di atomi di carbonio che costituiscono uno schema simile alla classica rete metallica da pollaio. 

Si possono creare sottili fogli di grafene semplicemente applicando del nastro adesivo su scaglie di grafite e rimuovendolo. Poiché però lo spessore che si ottiene è spesso quanto un solo strato di atomi, deve essere attaccato a una speciale pellicola perchè lo si possa vedere.

Luna

LA LUNA HA UN'ATMOSFERA?
Ebbene si, la Luna ha un'atmosfera propria, solo che è molto rarefatta rispetto a quella della Terra, circa 100 miliardi di volte meno densa. Un pianeta o un satellite possono mantenere un'atmosfera propria se l'attrazione della loro gravità può vincere i movimenti naturali di atomi e molecole nelle vicinanze. Poiché la Luna ha solo un sesto della gravità terrestre, non è in grado di trattenere una quantità di atomi e di molecole che altrimenti costituirebbero un'atmosfera, la maggior parte dei quali (ma non tutti!) sfugge facilmente nello Spazio.(science)

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Sempre impeccabili

Fior di loto

E' il simbolo della purezza in molti paesi orientali e non a caso; il loto infatti è in grado si restare pulito e asciutto nonostante viva in paludi e stagni. 

Questo fenomeno, studiato per la prima volta negli anni Sessanta, è dovuto alla presenza di cristalli di una cera idrofobica di dimensioni nanometriche. Le gocce d'acqua rotolano su questa superficie ruvida portandosi dietro i granelli di polvere e di terra.

Negli ultimi anni di ricerche questa capacità è stata riscontrata anche in altre 200 piante ma il loto è quella più nota tanto che si parla di "effetto loto" quando si descrive l'abilità di autopulirsi. L'epidermide di Nelumbo lutea e di Nelumbo nucifera, le uniche due specie di loto esistenti, restano talmente lustre che molti ricercatori stanno studiando come realizzare, attraverso le nanotecnologie, dei materiali che la imitino. E un gruppo di ricerca internazionale che nasce dalla collaborazione fra la Duke University, il MIT (Massachusetts Institute of Technology), e l'Università di Trento ci è riuscito: una foglia artificiale costituita da un foglio di grafene sovrapposto a un substrato di materiale polimerico che riesce a pulirsi e che potrà essere utilizzata in diversi campi. Dalla medicina alla ingegneria, dall'aeronautica all'architettura, il mondo vegetale ispira la scienza.(science)

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La membrana più sottile di un nanometro | Grafene il futuro in una pellicola bidimensionale.

Alcuni ricercatori dell'ETH di Zurigo ha dato vita ad una membrana porosa stabile più sottile di un nanometro: il Grafene.

Questa membrana, esattamente centomila volte più sottile del diametro di un capello umano, è formata da due strati di grafene, ovvero sia, una pellicola bidimensionale costituita da atomi di carbonio, su cui i ricercatori hanno provveduto ad incidere alcuni piccolissimi pori. Grazie a tali minuscole fessure, la membrana è in grado di penetrare nelle piccole molecole. La membrana di grafene ultrasottile potrebbe avere in un prossimo futuro un impiego davvero eccezionale in un'ampia gamma di applicazioni, tra cui l'abbigliamento impermeabile.

Struttura del grafene

Altri usi potrebbero essere la separazione di miscele gassose o il filtraggio delle impurità dai fluidi, acqua inclusa.
I fori sono stati realizzati sfruttando una tecnica chiamata ''incisione a raggio di ioni'', usata anche nella produzione di semiconduttori.
Il processo di incisione, che punta su raggi di ioni di elio, richiede poche ore di lavorazione. (Science)

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Samsung: "Il futuro è più vicino grazie ai chip in grafene"

Il grafene: un materiale più duro dell'acciaio, flessibile, elevata conducibilità termica, con elettroni il cui movimento è esattamente cento volte maggiore rispetto al silicio, un materiale con proprietà miracolose. Perchè non viene prodotto?

Da diversi anni si parla del grafene, il materiale che in futuro dovrebbe sostituire il silicio, ma finora gli scienziati hanno dovuto affrontare diversi problemi che ne impediscono la sua produzione di massa. Scoperto un metodo di sintesi che permetterà di produrre chip in grafene. Questa nuova tecnologia appartiene a Samsung che ne prevede l'uso nei display flessibili, negli indossabili e in altri dispositivi elettronici di prossima generazione.

Grafene

Il Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT), in collaborazione con la Sungkyunkwan University, ha messo a punto un nuovo metodo per sintetizzare una grande area di grafene all’interno di un singolo cristallo su un semiconduttore, senza alterare le sue proprietà elettriche e meccaniche. Il metodo più usato finora era la sintesi multi-cristallo, ovvero ottenere grandi aree di grafene a partire da piccole particelle. Questa tecnica però deteriora le sue proprietà, rendendone impossibile la produzione su larga scala e quindi la commercializzazione. Il successo del silicio si deve alla possibilità di incrementare la dimensione dei wafer, riducendo allo stesso tempo la dimensione dei processori. L'obbiettivo dell’azienda coreana: sostituire il silicio e vendere chip in grafene. Ovviamente ciò non significa che metteremo processori in grafene nei nostri terminali a breve. Passeranno ancora diversi anni prima che il silicio venga abbandonato. Ma a Samsung va il merito per aver segnato una delle prime tappe per raggiungere questo evento storico, che grazie all'azienda coreana, è ora più vicino nel tempo. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sul numero di aprile dello Science Magazine, una delle riviste scientifiche più prestigiose del mondo.

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Stanchi di pulire i vetri? Nel prossimo futuro i vetri si autopuliranno, con il grafene

Sbuffare di fatica mentre si puliscono i vetri di casa e imprecare contro gli agenti atmosferici che vanificano i nostri sforzi fa parte del nostro quotidiano. Credo che nella nostra mente l'idea di una pulizia automatica sia presente da sempre. Tale idea potrebbe concretizzarsi a breve: autopulizia dei grazie alla luce solare e ad un nuovo materiale: il grafene.
Questo innovativo materiale e' stato sviluppato dagli studiosi delle universita' di Sassari e Cagliari. Si tratta di un "nanomateriale hig tech" che utilizza la luce solare per eliminare lo sporco che si deposita sulle superfici dei vetri. Il raggiungimento di questo risultato - viene spiegato in una nota - apre nuove prospettive nell'ambito delle applicazioni del grafene, un nanomateriale la cui scoperta e' stata recentemente premiata con il Nobel.

Pulire i vetri

 Il grafene, ottenuto con una tecnica innovativa di "esfoliazione chimica", e' stato aggiunto a un sottilissimo strato di ossido di titanio nano-poroso per ottenere una pellicola con una elevatissima attivita' fotocatalitica, la piu' alta registrata fino ad ora in un film sottile e trasparente. E' questa proprieta' che consente ai vetri domestici di "pulirsi da soli" e che pertanto promette di "rivoluzionare la vita quotidiana". La scoperta, pubblicata sulla rivista internazionale "ACS Applied Materials & Interfaces", e' stata considerata di particolare rilevanza e quindi premiata con la copertina della rivista. La ricerca e' stata diretta dal dott. Luca Malfatti e dal Prof. Plinio Innocenzi, afferenti al Laboratorio di Scienza del Materiali e Nanotecnologie del Dipartimento di Architettura Design e Urbanistica dell'Universita' di Sassari, in collaborazione con il gruppo del prof. Alberto Mariani del Dipartimento di Chimica e Farmacia dell'Ateneo turritano, e con il gruppo della dott.ssa Maria Casula del Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche dell'Universita' di Cagliari. Alla scoperta hanno contribuito anche prestigiose collaborazioni nazionali ed internazionali in particolare l'Istituto italiano di tecnologia (IIT), l'Universita' Tecnica di Graz e la divisione di Scienza ed Ingegneria dei Materiali dell'australiano "Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation" (CSIRO).

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Il "materiale delle meraviglie" si conferma il grafene!

Il "materiale delle meraviglie" si conferma il grafene! Alcuni ricercatori dell'Istituto nanoscienze (meglio conosciuto come Nano-Cnr) in collaborazione con l'Istituto di fotonica e nanotecnologie (Ifn-Cnr) del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr) sono stati protagonisti di un'evento fantastico: per hanno assisitito per la prima volta al manifestarsi di un fenomeno che potrebbe essere utilizzato per incrementare l'efficienza di dispositivi fotovoltaici come le celle solari.
Stiamo parlando del grafene, che sottoposto ad impulsi luminosi ed estremamente brevi, introduce un processo di moltiplicazione a cascata degli elettroni. 

Il grafene

Il traguardo ottenuto in collaborazione con il Politecnico di Milano, la Scuola normale superiore e l'Università di Cambridge e Manchester, è stato pubblicato sulla rivista Nature Communications. “Studiare il comportamento degli elettroni nel reticolo bidimensionale di questo materiale, che è costituito da un foglio monoatomico di atomi di carbonio, è la chiave per capirne e sfruttarne al meglio le eccezionali proprietà: conduzione di elettricità e calore migliore del rame, leggerezza e resistenza maggiori dell'acciaio”, spiega Marco Polini di Nano-Cnr di Pisa.

“Un aspetto ancora poco noto, per esempio, è cosa accade agli elettroni dopo che un lampo intenso e ultra-breve di luce li ha fortemente perturbati: abbiamo pertanto indagato le primissime fasi successive alla foto-eccitazione, quando gli elettroni, riscaldati dalla luce a temperature di migliaia di gradi, si raffreddano in un tempo brevissimo”. I ricercatori hanno dimostrato che in questo caso i fotoni incidenti innescano un processo di ‘moltiplicazione a cascata’ degli elettroni.

“Un fenomeno noto come 'carrier multiplication', grazie al quale, per ciascun fotone assorbito dal grafene, più elettroni si mettono in moto e incrementano la corrente elettrica”, continua Polini. “La possibilità di innescare questo fenomeno potrebbe migliorare le prestazioni delle tecnologie fotovoltaiche e dei dispositivi optoelettronici in termini di efficienza, robustezza, risparmio energetico”. “La moltiplicazione di carica è estremamente difficile da rilevare poiché dura appena un centinaio di femtosecondi, meno di un milionesimo di milionesimo di secondo!”, spiega Giulio Cerullo di Ifn-Cnr e Politecnico di Milano. “Per studiare effetti fisici su scale temporali così brevi servono impulsi luminosi altrettanto brevi, che siamo stati in grado di ottenere con tecniche di spettroscopia ultra-veloce capaci di 'comprimere' la luce. Il nostro esperimento rappresenta al momento l’evidenza sperimentale più chiara del fenomeno nel grafene”.

I gruppi di Nano-Cnr, Ifn-Cnr, Politecnico di Milano, Sns, Cambridge e Manchester, autori dello studio, hanno un ruolo di primo piano nella Graphene Flagship, il progetto europeo premiato con un maxi-finanziamento di un miliardo di euro per i prossimi dieci anni, che ha ufficialmente preso il via il primo ottobre scorso e coinvolge oltre 70 partner scientifici e industriali, con lo scopo di portare il grafene dai laboratori di ricerca alle applicazioni, attraverso tecnologie in una vastissima gamma di settori.

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