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Un sorprendente cambiamento nella tecnologia di esfoliazione: perché il 2004 ha segnato l'inizio della rivoluzione del grafene?
La tecnologia di esfoliazione è un antico ma promettente processo scientifico che separa i materiali stratificati in nanomateriali attraverso processi meccanici, chimici o termici. Sebbene la storia della tecnologia di peeling risalga a secoli fa, la scoperta degli scienziati K. Novoselov e A. Geim nel 2004 ha iniettato nuova vitalità in questo campo. Hanno utilizzato il nastro adesivo Scotch (Scotch tape) per separare con successo il grafene e questo risultato rivoluzionario ha attirato molto attenzione e ricerca su questa tecnologia in tutto il mondo. Questa ricerca non solo ha fatto vincere ai due scienziati il premio Nobel per la fisica nel 2010, ma ha anche reso la tecnologia di esfoliazione una delle tecnologie di produzione di nanomateriali più comunemente utilizzate oggi.
Oggi la tecnologia di esfoliazione è considerata una tecnologia importante per la produzione di nanomateriali e può essere utilizzata in molti campi, come l'elettronica e la biomedicina.
Il processo di esfoliazione solitamente comporta la rottura dei legami deboli, solitamente legami di van der Waals, per separare il materiale stratificato in strati individuali. Le ricerche condotte negli ultimi anni hanno dimostrato che, se si fornisce energia sufficiente, è possibile rompere anche legami più forti, come quelli metallici o ionici, producendo materiali non van der Waals come il nitruro di afnio. Pertanto, la tecnologia di esfoliazione evidenzia la sua importanza nel campo dei materiali innovativi, promuovendo lo sviluppo di elettronica ad alte prestazioni, dispositivi di accumulo di energia efficienti e materiali aerospaziali leggeri e resistenti.
Storia della tecnologia di stripping
Dalla ceramica cinese antica a quella della civiltà Maya, le tecniche di peeling sono in uso da secoli. Tuttavia, la prima ricerca scientifica risale al 1824, quando lo scienziato Thomas H. Webb applicò per la prima volta la tecnologia dell'esfoliazione alla produzione di pietra di sale amminico. Nel corso del tempo, la ricerca in questo campo ha continuato ad approfondirsi, soprattutto nel 2004, quando il lavoro di Novoselov e Jim ha inaugurato una nuova era nella tecnologia dell'esfoliazione. In questo modo hanno dimostrato il potenziale del grafene, attirando investimenti e ricerche sulla tecnologia da parte della comunità scientifica mondiale.
Nel 2004, la ricerca di Novoselov e Kim ha dimostrato con successo il potenziale della tecnica dello stripping, trasformandola in un'importante tecnologia di produzione.
Tipi di tecnologie di stripping
Il processo di esfoliazione viene applicato principalmente a strutture stratificate in cui è necessario superare legami deboli per separare il materiale in singoli strati. A seconda della fonte energetica utilizzata, le tecniche di esfoliazione possono essere suddivise in tre categorie: esfoliazione meccanica, esfoliazione chimica ed esfoliazione termica. Ognuna di queste tre tecnologie ha le sue caratteristiche, i suoi vantaggi e i suoi svantaggi.
Sverniciatura meccanica
La separazione meccanica sfrutta le forze esterne per rompere i legami creando stress all'interno del materiale. Durante questo processo può essere introdotto un solvente per facilitare l'esfoliazione. Sebbene questo approccio garantisca elevata resa e purezza, i suoi risultati sono meno prevedibili e spesso richiedono più ripetizioni per ottenere un monostrato di materiale. Tuttavia, questo è anche uno dei primi metodi utilizzati per la produzione di grafene. Nel tempo, la sua tecnologia è stata costantemente migliorata ed è entrata nella fase di commercializzazione.
Peeling chimico
L'esfoliazione chimica comporta un processo di espansione chimica che utilizza ioni ospiti o elettroni liberi per espandere la distanza tra gli strati, formando così nuovi legami. Questa tecnologia produce materiali su larga scala e consente di esplorare diverse sostanze chimiche, incoraggiando i ricercatori a sperimentare metodi di produzione diversi.
Strippaggio termico
L'esfoliazione termica è una tecnica sviluppata di recente che utilizza il calore come fonte di energia per facilitare il processo di esfoliazione. Quando la struttura stratificata è esposta a temperature estremamente elevate, i gas generati creano una pressione tra gli strati, contrastando l'attrazione di van der Waals. Sebbene questo metodo garantisca rese più elevate e velocità di reazione più rapide, presenta ancora delle carenze nel controllo delle dimensioni delle particelle.
Il progresso della tecnologia di esfoliazione non ha solo modificato la produzione di nanomateriali, ma ha anche influenzato l'applicazione dei materiali corrispondenti, ampliandone ulteriormente le applicazioni in ambito scientifico, medico e industriale. Questa diversità e adattabilità rendono l'esfoliazione una tecnologia chiave nella ricerca sui materiali all'avanguardia e in vari settori industriali. Con il continuo progresso della tecnologia, non possiamo fare a meno di chiederci: quali settori saranno trasformati dalla futura scienza dei materiali grazie alla tecnologia di spogliazione?
