Da quando è stato scoperto, il grafene è al centro di numerosi studi perché è uno dei materiali dalle potenzialità più promettenti e non smette di sorprendere. Un team di ricercatori dell’Université catholique de Louvain (UCLouvain) ha compiuto un passo avanti nella ricerca, rivelando la resistenza e la tenacità alla frattura di questo materiale.
La parte italiana del progetto è stata seguita da Nicola Pugno, docente di Scienza delle Costruzioni al Dipartimento di Ingegneria civile ambientale e meccanica dell’Ateneo di Trento. Il docente da anni studia questo materiale e fa parte dell’ambizioso studio europeo “Graphene Flagship”.
Sottile quanto un atomo
Il grafene è un materiale bidimensionale formato da un reticolo di atomi di carbonio. Pur essendo sottile quanto un atomo, è resistente cento volte più dell’acciaio. È flessibile, leggero, impermeabile. Uno dei migliori conduttori di calore e di elettricità.
Queste caratteristiche oggi sono note grazie alle simulazioni numeriche e parzialmente ai pochi esperimenti condotti finora, che hanno fornito misure non complete e statisticamente poco significative a causa della difficoltà di replicare i test su qualcosa di minuscolo, con lo spessore 150mila volte più piccolo di un capello.
L’obiettivo degli scienziati coinvolti nel progetto era ricavare queste informazioni su campioni più grandi e ingegneristicamente significativi di quelli nanoscopici finora utilizzati.
Il gruppo di ricercatori per la prima volta ha condotto sperimentazioni su singoli fogli dalle dimensioni pari ad alcune centinaia di micrometri. Una misura che si avvicina al mezzo millimetro, osservabile a occhio nudo.
Il professor Nicola Pugno. © Alessio Coser/UniTrento
Il ruolo dell’Università di Trento nel progetto è stato quello di interpretare con una parte modellistica i risultati degli esperimenti svolti. Gli scienziati dei materiali sanno che la perfezione è difficile da raggiungere. E come qualsiasi materiale, anche il grafene contiene difetti.
«I test effettuati mostrano che a livello statistico, fogli di grafene con queste dimensioni hanno sovente un singolo difetto, che misura appena un nanometro e mezzo, ma che abbatte la resistenza del materiale del cinquanta per cento, come previsto dai nostri calcoli precedenti» illustra il professor Nicola Pugno, esperto di nanomeccanica bioispirata, nanotubi e grafene, e più in generale di resistenza di materiali e meccanica della frattura.
«Il risultato dello studio è che bisogna tenere conto che la resistenza di grafene realistico, quindi difettato, deve essere circa la metà di quella ideale. È rischioso supporre un grafene esente da difetti perché capita raramente. Bisogna tenere sempre in considerazione almeno di un difetto singolo, piccolissimo ma che incide significativamente sulla resistenza effettiva del materiale» conclude il professore.
Lo studio “Definitive engineering strength and fracture toughness of graphene through on-chip nanomechanics” è stato pubblicato sulla rivista scientifica Nature Communications.
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