Portare la produzione di massa del grafene alla fase successiva
Tradizionalmente, la produzione del grafene avviene mediante la lavorazione della grafite o metodologie di deposizione chimica in fase di vapore (CVD), che portano ciascuna a differenti proprietà e qualità del materiale. Anche se la CVD è un approccio scalabile, essa genera soltanto monostrati di grafene di alta qualità adatti per applicazioni in semiconduttori. Il pacchetto di lavoro Produzione della Graphene Flagship, guidato dal dott. Alex Jouvray di Aixtron Ltd nel Regno Unito, si concentra sulla produzione di massa del grafene per applicazioni commerciali sul mercato. L’idea è di portare su scala industriale il processo di fabbricazione della CVD e del grafene in grande quantità in una maniera che sia efficace in termini di costi, mantenendo al contempo consistenza e alta qualità. «Il nostro obiettivo finale è stabilire una catena di fornitura industriale per il grafene in Europa che possa supportarne le diverse applicazioni», spiega il dott. Jouvray. I partner del pacchetto di lavoro includono un fabbricante di attrezzature industriali (Aixtron Ltd), produttori commerciali di grafene (Avanzare Innovacion Tecnologica SL, Graphenea SA e Grupo Antolin-Ingenieria SA) e utenti finali del grafene quali ad esempio Airbus Operations SL e Aernnova. Metodologie di produzione I metodi di lavorazione del grafene, quali ad esempio esfoliazione, sonicazione e trattamento al plasma, rompono la grafite in maniera controllata per generare fiocchi di grafene. Il metodo dell’esfoliazione può produrre fiocchi di grafene di qualità estremamente elevata, ma non può essere portato su scala industriale. D’altro canto, il trattamento al plasma e la sonicazione sono in grado di produrre quantità molto grandi di ossido di grafene, ossido di grafene ridotto e nanolamelle di grafene che fungono da additivi nei materiali plastici e possono essere aggiunti in polimeri rinforzati con fibre di vetro o nel calcestruzzo per conferire robustezza e conduttività termica. Inoltre, questi materiali affini al grafene sono adatti per applicazioni in rivestimenti e stampa. I ricercatori hanno sviluppato con successo una metodologia per la deposizione su larga scala di grafene sopra una lamina insieme a una tecnologia di piastrellatura che trasferisce grafene di alta qualità sopra substrati con un’ampia superficie. Inoltre, Avanzare ha incrementato la produzione di grafene portandola nell’ordine delle tonnellate all’anno, fungendo da fornitore per altri partner di Graphene Flagship. Prodotti innovativi basati sul grafene Oltre che ai sistemi di produzione e deposizione del grafene, un notevole sforzo è stato dedicato anche alla certificazione di prodotti basati sul grafene in condizioni reali. Diversi prodotti contenenti grafene sono stati lanciati sul mercato, come per esempio racchette da tennis, rivestimenti del padiglione per automobili e un’ampia gamma di materiali affini al grafene. Il pacchetto di lavoro Produzione si concentra in modo specifico su industrie come quella automobilistica, quella aerospaziale e quella optoelettronica. Aggiungendo grafene in un composito polimerico, gli scienziati hanno generato una plastica ritardante di fiamma con potenziali applicazioni nell’industria automobilistica e in quella delle costruzioni. L’aggiunta di questi materiali intelligenti insieme a sistemi efficienti di rilevazione di incendi possono indubbiamente migliorare la sicurezza degli edifici. Allo stesso tempo, visto il crescente problema degli incendi ai veicoli stradali, i materiali ritardanti di fiamma aiuteranno a migliorare anche la sicurezza sulle strade. Lo sviluppo di strutture rinforzate con il grafene per applicazioni aerospaziali è particolarmente significativo. Il grafene conferisce proprietà meccaniche e conduttività migliorate ai compositi. Usando materiali compositi basati sul grafene, ingegneri e scienziati provenienti da Airbus, Aernnova e Grupo Antolin hanno sviluppato il prototipo di un componente aeronautico con peso ridotto che fornisce protezione dai fulmini. Fino a poco tempo fa, il grafene era confinato principalmente agli ambienti della ricerca. «Nel pacchetto di lavoro Produzione, lo sviluppo del grafene è interamente guidato dall’industria e i produttori del materiale e delle attrezzature devono rispettare rigidi protocolli per lo sviluppo e il controllo di qualità», sottolinea il dott. Jouvray. Dato che il grafene sta diventando rapidamente il materiale del XXI secolo, l’industria deve tenersi aggiornata sui processi di produzione. Il dott. Jouvray crede che la Graphene Flagship «creerà un ecosistema guidato dall’industria per il grafene e i suoi materiali affini, ampliando in tal modo le potenziali applicazioni».
Paesi
Svezia