Fullereni e grafene. Prof. ssa Paola Burani

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Fullereni e grafene

Prof. ssa Paola Burani

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Il 29 dicembre 1959 Feynman tenne un famoso discorso:

"Ciò di cui voglio parlare è il problema di

manipolare e controllare le cose su una piccola scala. […] Ma non mi spaventa affrontare anche la questione finale, cioè se - in un lontano

futuro - potremo sistemare gli atomi nel modo in cui vogliamo; proprio i singoli atomi, al fondo della scala! […] Per quanto ne so, i principi della fisica non impediscono di manipolare le cose atomo per atomo. Non è un tentativo di violare alcuna legge; è qualcosa che in principio può essere fatto, ma in pratica non è successo perché siamo troppo grandi“.

Richard Feynman:

il Padre della Nanotecnologia

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LE NANOTECNOLOGIE CONSENTONO DI CONTROLLARE LA STRUTTURA A LIVELLO MOLECOLARE

Fra i materiali innovativi scoperti grazie alla ricerca nel campo delle nanotecnologie sono da ricordare i nanotubi di carbonio, tubi molto piccoli formati dall’avvolgimento di sottili strati di atomi di carbonio.

Nel 1985 fu scoperta una nuova forma del carbonio in cui gli atomi si dispongono a costituire piccole sfere, la più semplice delle quali ha formula C₆₀.

Queste furono definite nel loro insieme fullereni, mentre la molecola C60 venne chiamata buckyball (o fullerene di Buckminster), in onore di Richard Buckminster Fuller. La cupola geodetica è stata brevettata

nel 1954

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LE NANOTECNOLOGIE CONSENTONO DI CONTROLLARE LA STRUTTURA A LIVELLO MOLECOLARE

I nanotubi di carbonio, scoperti nel 1991, rappresentano un’altra forma del carbonio riconducibile ai fullereni.

Al pari di questi ultimi, i nanotubi si formano quando fra due elettrodi di carbonio si genera un arco elettrico. I primi nanotubi scoperti erano

essenzialmente costituiti da fogli arrotolati di grafite, chiusi a entrambe le estremità da strutture semisferiche simili a una porzione di molecola di fullerene.

L'elevatissimo rapporto tra

lunghezza e diametro (nell'ordine di 104) consente di considerarli come delle nanostrutture

virtualmente monodimensionali e conferisce a queste molecole delle proprietà veramente peculiari.

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Aromatici particolari

• Le molecole C

₆₀

consistono in atomi di carbonio uniti in una struttura icosaedrica fatta da venti esagoni e dodici pentagoni. Ogni atomo di

carbonio è collegato con altri tre, formando essenzialmente un sp

²

, anche se ci sono caratteristiche del sp

³

dovute alle curvature.

• Il modo più semplice di specificare la struttura di un singolo tubo è in termini di un vettore, definito vettore , che unisce due punti rispetto all’origine della matrice del grafene.

• Il cilindro viene prodotto arrotolando il foglio in modo tale che i due punti

finali del vettore si sovrappongono. Grazie alla simmetria del reticolo a

nido d'ape, molti dei cilindri prodotti in questo modo saranno equivalenti,

ma c'è un 'cuneo irriducibile' comprendente un dodicesimo del reticolo

grafene, all'interno del quale sono definite delle strutture di tubo uniche.

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premio Nobel per la fisica 2010

• Le scoperte sul grafene e le sue applicazioni (realizzazione di un transistor) conseguite nel 2004 sono valse il ai due fisici Andrej

Gejm e Konstantin Novoselov dell'Università di

Manchester.

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Proprietà

• Il grafene ha proprietà straordinarie: è completamente trasparente, è il migliore

conduttore del calore tra i materiali conosciuti,ha una conduttività elettrica uguale a quella del

rame, non è permeabile neppure ad un gas con molecola piccolissima come l’elio. Un metro

quadrato di questo materiale teso su due lati sopporta un peso di 4 kg, pur pesando meno di un mg. Lo strato ha lo spessore di un atomo. È un parente prossimo dei nanotubi di carbonio, che si possono considerare costituti da grafene

Fullereni e grafene. Prof. ssa Paola Burani