Grazie alle sue proprietà distintive, il grafene è stato considerato un materiale rivoluzionario per una vasta gamma di industrie e applicazioni. L'iniziativa Graphene Flagship è stata istituita come la più grande iniziativa di ricerca multi-stakeholder mai realizzata in Europa, per plasmare letteralmente il futuro della tecnologia.

Il fiore all'occhiello del grafene da 10 anni, in parte finanziato dall'UE, è stato creato per sfruttare il potenziale tecnologico del grafene e dei relativi materiali stratificati per applicazioni future. I ricercatori dell'iniziativa hanno recentemente condotto due esperimenti per valutare, per la prima volta, la fattibilità del grafene per applicazioni spaziali. Gli esperimenti, in collaborazione con l'Agenzia Spaziale Europea e altri partner, testato il materiale in condizioni di gravità zero specificamente per la propulsione leggera e anche per applicazioni di gestione termica, con risultati molto incoraggianti.

Il grafene spaziale è la nuova frontiera?

La termica unica del grafene, leggero, le proprietà di resistenza e peso lo rendono un candidato ideale per migliorare le prestazioni delle applicazioni aerospaziali e satellitari. In una serie di esperimenti condotti alla fine dello scorso anno, I ricercatori di Graphene Flagship hanno esaminato specificamente il possibile utilizzo del materiale per il miglioramento della propulsione spaziale, così come sistemi di gestione termica e tubi di calore ad anello.

Per gli esperimenti sulla vela solare, un team di studenti laureati della Delft Technical University, I Paesi Bassi hanno sfruttato le condizioni di microgravità della ZARM Drop Tower di 146 metri della Germania (fino a un milionesimo della forza gravitazionale terrestre) per studiare l'uso del grafene per le vele leggere. Il team ha progettato membrane di grafene fluttuanti che sono state poi esposte alla pressione delle radiazioni dei laser, per vedere come hanno reagito e indicare quanta spinta potrebbe essere generata. Il team ha ripetuto l'esperimento in cinque prove per superare le difficoltà tecniche iniziali. Quasi 10 secondi di assenza di gravità sono stati ottenuti catapultando una capsula contenente l'esperimento verso l'alto e verso il basso nel vuoto.

Il secondo esperimento ha esplorato come il trasferimento di calore nei tubi di calore ad anello (sistemi di raffreddamento ampiamente utilizzati nei satelliti) potrebbe essere reso più efficiente, con maggiore durata e autonomia, usando il grafene. Gli stoppini metallici nel tubo, utilizzato per trasferire calore in un fluido per raffreddare il sistema, avevano i loro soliti rivestimenti metallici porosi sostituiti con due tipi di materiali correlati al grafene. Questi sono stati poi testati per una maggiore conduttività termica durante due voli parabolici di microgravità e ipergravità dell'ESA. Durante ogni volo di 3 ore, l'aereo appositamente modificato ha intrapreso 30 salite paraboliche, ottenendo circa 25 secondi di assenza di gravità in ogni parabola.

I risultati di entrambi gli esperimenti dimostrano la versatilità del grafene e i ricercatori coinvolti stanno ora studiando ulteriormente l'influenza della pressione delle radiazioni sulle vele leggere di grafene e stanno sviluppando tubi di calore a base di grafene disponibili in commercio.

Il futuro è nelle persone innovative, così come i prodotti

Prodotto da uno strato di carbonio spesso solo un atomo, come un reticolo esagonale bidimensionale il grafene è sia leggero che resistente (si dice che sia circa 200 volte più forte dell'acciaio). Inoltre, ha un ottimo impianto elettrico, meccanico, proprietà termiche e ottiche, oltre ad essere quasi trasparente. Queste caratteristiche lo rendono un materiale estremamente interessante per scienziati e ingegneri che perseguono lo sviluppo di una vasta gamma di prodotti più veloci, più sottile, prodotti più resistenti e flessibili.

Per esplorare il potenziale del grafene per rivoluzionare più settori, generare crescita economica e nuova occupazione, il Graphene Flagship decennale è progettato per rappresentare l'intera catena del valore dai materiali, a componenti e sistemi. Un consorzio di esperti accademici e del settore provenienti da circa 150 partner, in 23 paesi, coordinare e gestire i suoi vari filoni di ricerca. La Commissione Europea contribuisce direttamente attraverso finanziamenti, insieme ai risultati della ricerca di progetti finanziati dall'UE come GRAPHENECORE 1.

Col tempo, i risultati del progetto faranno progredire gli sforzi verso applicazioni specifiche per lo sviluppo. Inoltre, la missione dell'iniziativa di ricerca è quella di fornire formazione e opportunità di ricerca all'avanguardia per studenti e giovani ricercatori.