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In una simpatica fiction scritta nel 1884, lo scrittore inglese Edwin Abbott immagina un mondo totalmente bidimensionale, popolato di entità prive della terza dimensione: abitanti, edifici ed elementi naturali sono tutti schiacciate sul piano e sono privi di spessore e tanto meno di volume. È il paese di Flatlandia, così si intitola il racconto, rimasto confinato per oltre un secolo nel regno dell’immaginazione matematica, come semplice divertissement per menti curiose. Ora però, da qualche tempo Flatlandia sta diventando realtà: sempre più oggetti bidimensionali stanno uscendo dai laboratori di fisica, chimica e scienza dei materiali, proponendosi come strutture ideali per numerose interessanti applicazioni in diversi campi.

Il più noto e quasi diventato popolare è il grafene: si tratta di un nanomateriale costituito da un singolo strato ultrasottile di atomi di carbonio, che ha già ricevuto la consacrazione del Premio Nobel per la fisica attribuito nel 2010 a Konstantin Novoselov e Andre Geim per aver dimostrato sperimentalmente la possibilità di isolare un singolo piano di grafite, in una forma tale da poter effettuare misure di tipo elettrico, e di poterlo isolare e trasferire su un altro substrato.

Le sue straordinarie proprietà ne fanno subito intuire le possibili applicazioni: oltre ad essere il più sottile dei materiali disponibili, presenta una resistenza e una rigidità superiore a quella dell’acciaio e una capacità di conduzione elettronica a temperatura ambiente più veloce di qualsiasi altra sostanza. Il grafene è la struttura di base di altri nuovi materiali a base di carbonio ormai ben noti a chi si occupa di produzione industriale: i nanotubi e i fullereni; i primi configurati secondo filamenti cilindrici, i secondi di forma quasi sferica.

L’ultima novità in tema di materiali bidimensionali è che non c’è solo il grafene. Questo è il capostipite di una intera classe di nuovi materiali 2D dove singoli strati atomici possono essere ricavati, mediante esfoliazione, da materiali che nella forma tridimensionale si trovano in natura come il nitruro di boro (BN) e i dicalcogenuri dei metalli di transizione, oppure possono essere ottenuti mediante tecniche di deposizione particolari utilizzando materiali che non esistono in natura con la particolare struttura bidimensionale, ad esempio il silicene, il germanene, lo stanene e, ultimo arrivato, il borofene, analoghi del grafene ma realizzati con atomi di silicio, germanio, stagno e boro rispettivamente.
Siamo quindi entrati nelle nuova era dei materiali 2D che arricchiranno il panorama dell’optoelettronica, del fotovoltaico, della sensoristica e di tutte le tecnologie ad esse collegate.

In foto: Sintesi del borofene, Center for Nanoscale Materials, Argonne National Laboratory (Usa). Credito: Science 2015

Periscopio

il blog di Mario Gargantini

Periscopio è un blog pensato per chi vuole guardare oltre i confini tradizionali della propria disciplina. Nel complesso scenario attuale le interconnessioni assumono un ruolo sempre più importante e spesso risultano decisive nel favorire e promuovere lo sviluppo di singoli settori. Questo blog si propone di segnalare o rilanciare notizie, esempi, situazioni relative a mondi diversi da quello dell’automazione che è interessante esplorare e con i quali i protagonisti dell’automazione possono e dovrebbero utilmente interagire. L’autore punterà l’obiettivo sia sulle fasi a monte che su quelle a valle dei sistemi di controllo alla ricerca sia di idee per soluzioni innovative che di nuovi ambiti applicativi.

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