Materiali del futuro

Che sia incorporato, stratificato o spruzzato, il grafene introduce nuove proprietà ai prodotti esistenti o consente lo sviluppo di nuovi. Riduce inoltre la quantità di materiale necessario per ottenere le stesse prestazioni o per aumentare le prestazioni a livelli precedentemente irraggiungibili.

Grafene e metalli – Affrontare le future carenze di rame

Man mano che il mondo diventa sempre più elettrificato, la domanda di metalli, in particolare di rame, aumenterà di un ordine di grandezza nei prossimi decenni. D’altro canto, si prevede una carenza di 10 milioni di tonnellate di rame entro il 2030.

GraphMaTech, Svezia, membro associato di Graphene Flagship, mira a ridurre la necessità di rame, sostituendone una parte con grafene. Rispetto al solo rame, i compositi rame-grafene hanno prestazioni migliori su diversi parametri, tra cui durezza, modulo di Young e resistenza alla trazione a temperatura ambiente. Inoltre, i riempitivi di grafene mantengono le proprietà meccaniche del rame e riducono gli effetti dell'elettromigrazione, che possono causare guasti ai circuiti o perdita di connessione.

“Abbiamo sviluppato tecnologie per integrare il grafene nei metalli, con l’ambizione di migliorare i compositi metallo-grafene. Possiamo migliorare le proprietà dei materiali metallici, il che significa che in determinate applicazioni è necessario meno metallo. Ci stiamo concentrando sulle applicazioni di elettrificazione e stiamo cercando di utilizzare metalli di grafene compatibili con l'idrogeno per l'economia dell'idrogeno del futuro", ha affermato Mamoun Taher, CEO di GraphMaTech AB durante il webinar "Abilitare la transizione verde con la tecnologia del grafene" organizzato da Graphene Flagship Pacchetto di lavoro sull'innovazione il 27 ottobre 2022.

Fibra di vetro rivestita in grafene vs fibra di vetro nuda. Credito: Grafren AB

Grafene e fibre di vetro – Aggiunta di nuove funzionalità

Grafren AB, Svezia, membro associato di Graphene Flagship, sta rivestendo direttamente le fibre di vetro con scaglie di grafene per migliorarne le proprietà. Gli approcci convenzionali di rivestimento a base di vernice o legante al grafene non sono applicabili alle fibre di vetro. Il grafene e le fibre di vetro devono essere integrati a livello nanoscala, assemblando e disponendo i fiocchi di grafene sulla superficie delle fibre. “Rivestiamo le fibre di vetro utilizzando scaglie di grafene in un modo unico. Il rivestimento risultante ricorda la pelle di un serpente, con numerose scaglie disposte sulla superficie delle fibre e sovrapposte tra loro”, spiega Erik Khranovskyy, CEO di Grafren. Il team ha dimostrato con successo la fabbricazione di e-textile leggeri e morbidi – tessuti elettricamente conduttivi – utilizzando lo stesso approccio.

Grafene e gomma – Vincere la medaglia d'oro al Tour de France 2022

La gomma convenzionale, sia naturale che sintetica, deve subire una reazione chimica di reticolazione per indurirsi. Queste proprietà possono essere ulteriormente migliorate durante la produzione aggiungendo ingredienti di composizione. L'ossido di grafene è uno di questi: può reticolare e rinforzare la gomma. Può aumentare la capacità della gomma di resistere all'abrasione prolungata e migliorare la resistenza alla trazione e allo strappo, la proprietà ignifuga e la resistenza termica.

Vittoria Spa, Italia, membro associato di Graphene Flagship, ha applicato il grafene ai suoi pneumatici da gara, ottenendo risultati migliori in termini di velocità e prestazioni di rotolamento (+5%), aderenza (+8%) e resistenza alle forature (+19%) e durata. Il composto di grafene di seconda generazione di Vittoria (Graphene 2.0) ha vinto numerose gare di Grand Tour, nonché campionati MTB di cross-country europei, francesi, tedeschi, austriaci, russi, brasiliani e panamericani. Solo nel 2022, gli pneumatici da corsa Vittoria potenziati con grafene sono stati i più veloci per biciclette di tutti i tipi, vincendo gare come il Tour de France (strada), i Campionati mondiali di ghiaia UCI, nonché i Campionati mondiali di mountain bike UCI di cross country e i Campionati mondiali di mountain bike UCI Campionati su pista, che mostrano prestazioni da leader della categoria in diverse discipline e terreni.

Jonas Vingegaard vince il Tour de France 2022 in sella agli pneumatici da gara al grafene di Vittoria spa. Credito: Vittoria Spa