2-Dimensional World

Esistono in natura materiali che sono costituiti da “strati”, dello spessore di un singolo atomo, tenuti insieme da legami deboli. È dunque possibile separare i singoli strati tramite un processo di esfoliazione: i cristalli bidimensionali (così chiamati poiché praticamente fogli di spessore trascurabile – singolo atomo). Il cristallo bidimensionale più famoso, e il primo ad esser stato isolato dal materiale tridimensionale di partenza, la grafite, è il grafene.

L’estrema sottigliezza di questi materiali ha delle ripercussioni importantissime sulle proprietà che li caratterizzano: infatti l’essere passati alle leggi della fisica delle due dimensioni permette di ottenere come risultato generale delle proprietà “estremizzate”. Si tratta inoltre di materiali estremamente leggeri e flessibili. Esistono più di  500 diversi tipi di cristalli bidimensionali, costituiti da diversi atomi, ciascuno con proprietà straordinarie ma diverse tra loro.
Commercialmente questi materiali vengono prodotti in forma di “dischetti” di spessore di pochi atomi e larghezza variabile da centinaia di nanometri a qualche micron. Questi cristalli dunque si presentano come una polvere o in dispersione in solventi a formare un inchiostro.

In queste forme possono essere integrate in/su altri materiali per conferirgli le loro proprietà: ad esempio per migliorare la flessibilità di plastiche o modificarne le proprietà di conduzione elettrica o termica.

IL GRAFENE

Il Grafene è senza dubbio il cristallo bidimensionale più famoso. Questo materiale, costituito da uno strato monoatomico di carbonio, è dotato di una resistenza meccanica circa 200 volte superiore all’acciaio e di una straordinaria conducibilità termica, è biocompatibile, biodegradabile, capace di sostenere una densità di corrente elettrica superiore al rame, è una barriera pressoché impermeabile alla stragrande maggioranza degli elementi chimici, pur mantenendo le caratteristiche di flessibilità e leggerezza.

Gli altri

Oltre al grafene ci sono tantissimi altri cristalli bidimensionali costituiti da atomi differenti e  con proprietà diverse, prodotti con la stessa tecnologia con cui viene prodotto il grafene: Nitruro di boro, Disolfuro di Molibdeno, il Disolfuro di Tungsteno, il Fosforo Nero, il Solfuro di Gallio, il Seleniuro di Tungsteno, il Seleniuro di Niobio, il Seleniuro di Tantalio.

Applicazioni

La capacità di miscelare i materiali già noti, come ad esempio metalli e/o materie plastiche, con il grafene ed altri cristalli bidimensionali apre uno scenario inimmaginabile fino a qualche anno addietro nel settore industriale, con la realizzazione di materiali compositi con caratteristiche meccaniche, elettriche, ottiche e termiche finora impossibili da raggiungere.