I fisici degli Stati Uniti hanno scoperto accidentalmente che il grafene può generare energia utilizzando l'ambiente e diventerà una nuova parola nel campo dell'energia e della bionica nel prossimo futuro.
L'esistenza del grafene in natura è un fenomeno che è diventato possibile grazie al fatto che gli scienziati hanno trovato una "scappatoia" nelle leggi della fisica e hanno costretto una tela atomica bidimensionale continua a comportarsi come un materiale tridimensionale. Sempre più nuovi studi stanno rivelando utili applicazioni di questo materiale, e le previsioni suonano molto incoraggianti: si è scoperto che il grafene può essere utilizzato per ottenere una quantità quasi infinita di energia!
Scoperta accidentale
Un team di fisici guidati da ricercatori dell'Università dell'Arkansas ha fatto la scoperta per caso. Lo scopo originale dei loro test era studiare la vibrazione del grafene, ma per cosa?
Conosciamo tutti la grafite granulosa, che viene comunemente utilizzata in combinazione con componenti in ceramica per creare un albero di matita. La striscia nera che rimane dopo che la mina della matita scorre sulla carta è, infatti, sottili fogli di atomi di carbonio che scivolano facilmente l'uno sull'altro. Per molti anni, i fisici si sono chiesti: è possibile isolare un simile foglio e renderlo un piano bidimensionale indipendente?
Nel 2004 ci sono riusciti i fisici dell'Università di Manchester. Per esistere separatamente gli uni dagli altri, fogli di atomi di carbonio devono comportarsi come un materiale tridimensionale per fornire la stabilità necessaria. Si è scoperto che la "scappatoia" in questo caso è lo spostamento degli atomi mobili, che conferisce al grafene le proprietà della terza dimensione. In altre parole, il grafene non era mai piatto al 100%: vibrava a livello atomico in modo che i suoi legami non si deteriorassero spontaneamente.
È stato per misurare il livello di questo spostamento e vibrazione che il fisico Paul Tibado ha recentemente guidato un gruppo di studenti laureati e ha svolto uno studio molto semplice con loro. Gli scienziati hanno posato fogli di grafene su una speciale rete di rame e hanno osservato i cambiamenti nelle posizioni degli atomi con un microscopio. Tuttavia, i numeri per qualche motivo non corrispondevano al modello previsto. Inoltre, i dati variavano da prova a prova.
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Grafene come fonte di energia
Thibado ha deciso di portare l'esperimento in una direzione diversa, cercando di trovare un modello adatto e cambiando il modo in cui ha analizzato i dati. I ricercatori hanno suddiviso ogni immagine acquisita durante la misurazione in sotto-immagini. La strategia si è rivelata corretta: il quadro su larga scala non permetteva di studiare le leggi del moto degli atomi, ma l'analisi dei suoi particolari ha permesso di conseguenza di scoprire qualcosa di interessante. Si presumeva che i fogli di grafene si muovessero secondo lo stesso principio dei fogli di metallo piegati, ma questa ipotesi si è rivelata falsa.
Si è scoperto che l'intero punto è nei cosiddetti "voli di prelievo" - schemi di piccole fluttuazioni casuali combinate con spostamenti improvvisi e bruschi. Tali sistemi erano stati precedentemente osservati nei sistemi biologici e climatici, ma i fisici li hanno visti per la prima volta su scala atomica. Misurando la velocità e la scala di queste onde di grafene, Thibado ha suggerito che potrebbero essere utilizzate per estrarre energia dall'ambiente.
Finché la temperatura dell'ambiente impedisce il movimento "confortevole" degli atomi di grafene l'uno rispetto all'altro, continueranno a pulsare e piegarsi. Posiziona gli elettrodi su entrambi i lati di una sezione di questo grafene e avrai un minuscolo generatore. Secondo i calcoli, un grafico di 10x10 micron di grafene ha una potenza di 10 microwatt. Considerando che la testa di uno spillo può contenere fino a 20.000 di questi quadrati, una tale "centrale elettrica" non sembra molto impressionante, giusto? Tuttavia, questa potenza a temperatura ambiente sarà sufficiente per fornire energia a qualche piccolo gadget, ad esempio un orologio da polso. È anche interessante che in futuro un tale metodo per ottenere energia possa portare alla creazione di bioimpianti, che non avranno bisogno di batterie ingombranti.
Conclusione
Chibado sta attualmente collaborando con scienziati del US Naval Research Laboratory per vedere se questa strategia ha un futuro. Forse è il grafene che diventerà la fonte di "energia del futuro", che consentirà alle tecnologie di fare un passo avanti significativo nel prossimo futuro.
Vasily Makarov
