La capacità unica della grafite di condurre l'elettricità dissipando o trasferendo il calore lontano dai componenti critici la rende un materiale ideale per applicazioni elettroniche, tra cui semiconduttori, motori elettrici e persino la produzione delle moderne batterie.
Il grafene è ciò che scienziati e ingegneri chiamano un singolo strato di grafite a livello atomico, e questi sottili strati di grafene vengono arrotolati e utilizzati in nanotubi. Ciò è probabilmente dovuto all'impressionante conduttività elettrica e all'eccezionale resistenza e rigidità del materiale.
I nanotubi di carbonio odierni sono costruiti con un rapporto lunghezza-diametro fino a 132.000.000:1, significativamente maggiore rispetto a qualsiasi altro materiale. Oltre al loro utilizzo nella nanotecnologia, un settore ancora relativamente nuovo nel mondo dei semiconduttori, va notato che la maggior parte dei produttori di grafite produce da decenni gradi specifici di grafite per l'industria dei semiconduttori.
2. Motori elettrici, generatori e alternatori
Il materiale in grafite di carbonio è spesso utilizzato anche in motori elettrici, generatori e alternatori sotto forma di spazzole di carbone. In questo caso, una "spazzola" è un dispositivo che conduce corrente tra fili fissi e una combinazione di parti mobili, ed è solitamente alloggiato in un albero rotante.
3. Impianto ionico
La grafite viene ora utilizzata con maggiore frequenza nell'industria elettronica. Viene utilizzata anche nell'impianto ionico, nelle termocoppie, negli interruttori elettrici, nei condensatori, nei transistor e nelle batterie.
L'impianto ionico è un processo ingegneristico in cui gli ioni di un particolare materiale vengono accelerati in un campo elettrico e impattati su un altro materiale, come una forma di impregnazione. È uno dei processi fondamentali utilizzati nella produzione di microchip per i nostri computer moderni, e gli atomi di grafite sono tipicamente uno dei tipi di atomi che vengono infusi in questi microchip a base di silicio.
Oltre al ruolo unico della grafite nella produzione di microchip, le innovazioni basate sulla grafite vengono ora utilizzate anche per sostituire condensatori e transistor tradizionali. Secondo alcuni ricercatori, il grafene potrebbe rappresentare una possibile alternativa al silicio. È 100 volte più sottile del più piccolo transistor al silicio, conduce l'elettricità in modo molto più efficiente e possiede proprietà esotiche che possono essere molto utili nell'informatica quantistica. Il grafene è stato utilizzato anche nei condensatori moderni. Infatti, i supercondensatori al grafene sono presumibilmente 20 volte più potenti dei condensatori tradizionali (con una potenza di 20 W/cm³) e potrebbero essere 3 volte più potenti delle attuali batterie agli ioni di litio ad alta potenza.
4. Batterie
Per quanto riguarda le batterie (a secco e agli ioni di litio), anche i materiali in carbonio e grafite hanno avuto un ruolo determinante. Nel caso di una tradizionale cella a secco (le batterie che usiamo spesso nelle nostre radio, torce elettriche, telecomandi e orologi), un elettrodo metallico o una barra di grafite (il catodo) è circondato da una pasta elettrolitica umida, ed entrambi sono incapsulati all'interno di un cilindro metallico.
Anche le moderne batterie agli ioni di litio di oggi utilizzano la grafite come anodo. Le vecchie batterie agli ioni di litio utilizzavano materiali tradizionali in grafite, ma ora che il grafene sta diventando più facilmente disponibile, si stanno utilizzando anodi in grafene, principalmente per due motivi: 1. gli anodi in grafene trattengono meglio l'energia e 2. promettono tempi di carica 10 volte più rapidi rispetto a una batteria agli ioni di litio tradizionale.
Le batterie ricaricabili agli ioni di litio stanno diventando sempre più diffuse. Sono ormai ampiamente utilizzate nei nostri elettrodomestici, nei dispositivi elettronici portatili, nei laptop, negli smartphone, nelle auto elettriche ibride, nei veicoli militari e anche in applicazioni aerospaziali.
Data di pubblicazione: 15-03-2021