Utilizzando minuscoli frammenti di grafene, un’équipe di scienziati del Mit ha progettato e realizzato un nuovo materiale molto più resistente dell’acciaio ma molto più leggero

Immaginate una spugna dieci volte più resistente dell’acciaio ma densa appena il cinque per cento dell’acciaio stesso. Non è fantasia: si tratta infatti di un nuovo materiale appena realizzato da un gruppo di ricercatori del Mit di Boston utilizzando frammenti delle dimensioni di pochi miliardesimi di metro di grafene.

Il grafene, la cui scoperta ha fruttato il Nobel per la fisica a Geim e Novoselov nel 2010, è un materiale quasi bidimensionale, costituito da uno strato di atomi di carbonio disposti secondo uno schema esagonale. Il grafene ha proprietà fisiche molto particolari: si tratta del materiale più sottile, più leggero e più resistente (cento volte più dell’acciaio) mai realizzato. Caratteristiche che gli hanno fruttato il soprannome di materiale delle meraviglie, e che però sembrano venire meno quando il grafene viene assemblato in strutture tridimensionali. Tanto che finora, nonostante gli sforzi di diversi gruppi di ricercatori in tutto il mondo, i tentativi di realizzare materiali leggeri e al contempo resistenti basati sul grafene sono risultati abbastanza deludenti e in netto contrasto con le predizioni teoriche.

Uno dei modelli tridimensionali a forma di giroide utilizzati per verificare le proprietà meccaniche del nuovo materiale. Credits: Melanie Gonick/MIT

L’équipe del Mit ha provato, per l’appunto, ad affrontare il problema usando un approccio diverso. Come raccontano sulle pagine della rivista Science Advances, gli scienziati, coordinati da Markus Buehler, hanno infatti proposto e implementato un nuovo metodo di analisi del materiale che, utilizzando sofisticati metodi matematici, è in grado di studiarne il comportamento con precisione microscopica, a livello dei singoli atomi. I ricercatori, inoltre, sono riusciti a disporre i frammenti di grafene in una struttura geometrica nota come giroide, simile a quella dei coralli, realizzando così – per la prima volta – un materiale poroso dieci volte più resistente e venti volte più leggero dell’acciaio.

Secondo quanto scoperto da Buehler e i suoi collaboratori, la straordinaria resistenza e leggerezza di questo materiale è dovuta proprio alla struttura geometrica in cui si dispongono i frammenti di grafene. Lo stesso Buehler ammette che, data la complessità di tale struttura, una produzione industriale di tale materiale con tecniche convenzionali è attualmente impraticabile. D’altra parte, come suggerito dagli stessi ricercatori, questa geometria ha potenziali applicazioni in diversi campi. Nell’edilizia, per esempio, può essere utilizzata nella produzione di particolari tipi di cemento resistenti e allo stesso tempo leggeri, adatti quindi a edifici e strutture di grandi dimensioni.