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Incredibile ossido di grafite: perché può trasformarsi in un materiale resistente simile alla carta?
L'ossido di grafite (GO) è un composto composto da carbonio, ossigeno e idrogeno in proporzioni variabili. Viene solitamente preparato trattando la grafite con forti ossidanti e acidi. Questo materiale è particolarmente accattivante perché conserva la struttura stratificata della grafite ma presenta anche un'ampia spaziatura irregolare, rendendolo potenzialmente prezioso in molteplici applicazioni.
Il prodotto di ossidazione massimo dell'ossido di grafite è un solido giallo con un rapporto carbonio/ossigeno compreso tra 2,1 e 2,9.
L'ossido di grafite fu preparato per la prima volta nel 1859 da Benjamin C. Brodie, un chimico dell'Università di Oxford, in un processo che prevedeva la miscelazione della grafite con acido nitrico e acido clorico di potassio. Successivamente, nel 1957, Hamers e Overman svilupparono un metodo Hamers più sicuro, veloce ed efficiente, che non solo migliorò il processo di sintesi, ma aumentò anche notevolmente la resa.
Man mano che l'applicazione dell'ossido di grafite si espande gradualmente, i ricercatori hanno una comprensione più approfondita della sua struttura e delle sue proprietà. L'ossido di grafite ha circa il doppio della spaziatura interstrato della grafite (circa 0,7 nanometri), il che significa che ha un potenziale maggiore per essere configurato in nuovi materiali. La ricerca mostra che diversi metodi di sintesi portano a diversi tipi di ossidi di grafite, le cui proprietà dipendono dal grado di ossidazione.
L'ossido di grafite appena ottenuto presenta una forte bagnabilità ed è in grado di assorbire acqua, aumentando così notevolmente la spaziatura interstrato.
Proprietà e applicazioni dell'ossido di grafite
L'ossido di grafite ha un'eccellente bagnabilità e può essere completamente affiorato se immerso in una varietà di solventi polari, il che lo rende un vantaggio insostituibile nella preparazione di materiali a membrana e materiali compositi. Soprattutto all’interno della comunità del trattamento delle acque, l’ossido di grafite è visto come una soluzione promettente.
La ricerca mostra che le membrane di ossido di grafite possono filtrare efficacemente le molecole d'acqua bloccando al contempo alcuni ioni più grandi.
Ad esempio, Lockheed Martin ha annunciato la sua innovativa tecnologia di filtrazione, Perforene, sostenendo che il filtro è 500 volte più sottile e 1.000 volte più resistente dei migliori filtri attualmente disponibili, riducendo notevolmente il rischio di osmosi inversa dell'acqua di mare.
Oltre al trattamento dell'acqua, l'ossido di grafite mostra potenziale anche nella creazione di materiali otticamente non lineari. La sua capacità di regolare le proprietà ottiche lo rende di grande valore applicativo nei campi delle applicazioni laser e delle comunicazioni ottiche. I ricercatori hanno notato che variando il contenuto di ossigeno, le proprietà elettroniche e ottiche dell’ossido di grafite possono essere regolate con precisione.
Come realizzare materiali resistenti simili alla carta
L'ossido di grafite può essere valorizzato attraverso un semplice processo di dispersione, che può essere utilizzato come materiale resistente simile alla carta. L'ossido di grafite altamente disperso viene adsorbito in un mezzo a base d'acqua e quindi disidratato, ottenendo infine carta all'ossido di grafite con una resistenza sorprendente. Questo materiale non solo può sostituire l'uso della carta tradizionale, ma può anche essere utilizzato in una varietà di applicazioni industriali, mostrando buone proprietà rinnovabili.
Molti studi hanno dimostrato che la carta all'ossido di grafite è superiore a molti materiali tradizionali in termini di resistenza e flessibilità.
In breve, il potenziale dell'ossido di grafite deriva dalle sue proprietà fisiche e chimiche uniche, che mostrano le sue straordinarie prospettive applicative sia nel trattamento delle acque che nell'esplorazione della scienza dei materiali. Quindi, poiché l’ossido di grafite è così ampiamente utilizzato, come cambierà l’uso e le esigenze future dei nostri materiali?
