Gli scienziati tedeschi nel progetto di ricerca congiunto "FUNgraphen" ripongono le loro speranze in nuove tecnologie su una particolare forma di carbonio:hanno sviluppato nuove macromolecole di carbonio e materiali compositi di carbonio molecolare con proprietà speciali. Le molecole sono derivate dal grafene, una sostanza costituita da singoli strati di atomi di carbonio disposti a nido d'ape. Il processo precedentemente necessario per utilizzare questa sostanza era complesso e costoso e quindi di scarso valore per la maggior parte delle applicazioni plastiche.

Un gruppo di ricerca presso il Centro di ricerca sui materiali di Friburgo (FMF) dell'Università di Friburgo guidato dal chimico Prof. Dr. Rolf Mülhaupt, amministratore delegato della FMF, è ora riuscita a combinare il grafene con i polimeri, rendendoli adatti per applicazioni in plastica, e preparandoli per l'ottimizzazione del materiale su una scala di chilogrammi. Il progetto "FUNgraphen, " finanziato dal Ministero Federale dell'Istruzione e della Ricerca, è coordinato presso la FMF con il supporto di un comitato consultivo industriale. Gli altri partner del progetto oltre alla FMF sono l'Università di Bayreuth, l'Istituto federale per la ricerca e le prove sui materiali (BAM) di Berlino, e l'Istituto Fraunhofer per la meccanica dei materiali a Friburgo.

Nei processi FMF singoli strati di atomi di carbonio, derivato da grafite naturale e anche da fonti rinnovabili di carbonio, sono attaccati fisicamente e chimicamente ai polimeri. Il risultato sono molecole giganti di carbonio, cosiddette macromolecole, che hanno uno spessore inferiore al milionesimo di millimetro ma possono raggiungere larghezze superiori al centesimo di millimetro. Le macromolecole di carbonio risultanti e i materiali ibridi polimerici di carbonio sono leggeri, durevole, ecologico, ed elettricamente conduttivo. Inoltre, sono resistenti al calore, sostanze chimiche, e radiazioni e sono impermeabili a gas e liquidi. "Hanno il potenziale per migliorare notevolmente le risorse e l'efficienza energetica della plastica, " dice Mulhaupt.

Inoltre, i ricercatori hanno disperso molte di queste grandi molecole di carbonio nell'acqua, soluzioni non tossiche, e materie plastiche per produrre dispersioni stabili concentrate senza richiedere né leganti né coadiuvanti di dispersione. Queste miscele possono essere utilizzate per rivestire superfici e stampare pellicole di carbonio conduttive, nonché micro modelli conduttori di elettricità. In questo modo, il carbonio può sostituire costosi metalli di transizione come il palladio o l'indio. "Le applicazioni spaziano dall'elettronica stampata ai catalizzatori stampati con un design dei pori per la produzione di prodotti della chimica fine con un semplice recupero del catalizzatore, " afferma Mülhaupt. Gli strati di carbonio conduttivo stampati sono molto più robusti dal punto di vista meccanico degli strati stampati di ossido di indio e stagno. Gli scienziati della FMF sono anche riusciti a rinforzare meccanicamente plastica e gomma con macromolecole di carbonio e contemporaneamente a renderle elettricamente conduttive, resistente alle radiazioni, e più a tenuta di gas. Queste sostanze sono candidati interessanti per l'applicazione in serbatoi e tubazioni di carburante antistatici e impermeabili, involucri schermati contro le interferenze elettromagnetiche, e pneumatici per automobili a tenuta di gas per ridurre il consumo di carburante nei trasporti.

Gli esempi della ricerca dei partner del progetto mostrano anche che le macromolecole di carbonio sono molto più versatili delle nanoparticelle di carbonio normalmente utilizzate oggi, aprendo così nuove potenzialità per lo sviluppo di materiali e tecnologie sostenibili. Il prof. Dr. Volker Altstädt del team "FUNgraphen" dell'Università di Bayreuth è stato in grado di ridurre sostanzialmente le dimensioni delle cellule nelle schiume aggiungendo macromolecole di carbonio. Ciò consentirà ai ricercatori di migliorare le proprietà di isolamento termico delle schiume e di sviluppare nuovi, materiale isolante altamente efficiente. Il gruppo "FUNgraphen" guidato dal Dr. Bernhard Schartel al BAM è riuscito ad aumentare l'effetto di protezione antincendio dei ritardanti di fiamma privi di alogeni aggiungendo piccole miscele delle nuove macromolecole di carbonio. Una plastica dotata di questo nuovo materiale non prende fuoco anche dopo che è stata applicata più volte una fiamma - a differenza delle plastiche non protette, che si deformano alle alte temperature e iniziano a bruciare immediatamente quando entrano in contatto con il fuoco.