Utilizzo della grafite nelle applicazioni elettroniche

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 nei 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 superiore a quello di qualsiasi altro materiale. Oltre al loro utilizzo nella nanotecnologia, ancora relativamente nuova 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 grafite di carbonio è un materiale spesso utilizzato anche nei motori elettrici, nei generatori e negli alternatori sotto forma di spazzole di carbone. In questo caso, una "spazzola" è un dispositivo che conduce la corrente tra fili fissi e un insieme di parti mobili, ed è solitamente alloggiata in un albero rotante.

3. Impianto ionico

La grafite viene ora utilizzata con maggiore frequenza nell'industria elettronica. Trova impiego nell'impiantazione ionica, nelle termocoppie, negli interruttori elettrici, nei condensatori, nei transistor e anche nelle batterie.

L'impiantazione ionica è un processo ingegneristico in cui gli ioni di un particolare materiale vengono accelerati in un campo elettrico e impiantati in un altro materiale, tramite un processo 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 incorporati 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 i condensatori e i transistor tradizionali. Secondo alcuni ricercatori, il grafene potrebbe rappresentare una valida 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 particolari che potrebbero rivelarsi molto utili nel calcolo quantistico. Il grafene è stato impiegato anche nei condensatori moderni. Si ritiene infatti che i supercondensatori al grafene siano 20 volte più potenti dei condensatori tradizionali (con una potenza erogata di 20 W/cm³) e potrebbero essere 3 volte più resistenti delle attuali batterie agli ioni di litio ad alta potenza.

4. Batterie

Anche nel campo delle batterie (a secco e agli ioni di litio), i materiali a base di carbonio e grafite hanno svolto un ruolo fondamentale. Nel caso di una tradizionale pila a secco (quelle che usiamo spesso in radio, torce elettriche, telecomandi e orologi), un elettrodo metallico o una barretta di grafite (il catodo) è immerso in una pasta elettrolitica umida, ed entrambi sono incapsulati all'interno di un cilindro metallico.

Le moderne batterie agli ioni di litio utilizzano anch'esse la grafite, come anodo. Le batterie agli ioni di litio più vecchie utilizzavano materiali tradizionali a base di grafite, ma ora che il grafene è diventato più facilmente reperibile, si utilizzano anodi in grafene, principalmente per due motivi: 1. gli anodi in grafene immagazzinano meglio l'energia e 2. promettono un tempo di ricarica 10 volte più rapido rispetto a una batteria agli ioni di litio tradizionale.

Le batterie ricaricabili agli ioni di litio stanno diventando sempre più popolari. Sono ormai comunemente utilizzate negli elettrodomestici, nei dispositivi elettronici portatili, nei computer portatili, negli smartphone, nelle auto ibride, nei veicoli militari e anche in applicazioni aerospaziali.