La ricerca europea sul graphene impatta sul calzaturiero

Il progetto europeo della Graphene Flagship prevede attività organizzate in diversi work packages che indagano i vari aspetti connessi alla produzione su vasta scala del nuovo materiale, all’impatto sulla salute e sull’ambiente.

Per trasformare l’eccellenza scientifica europea in un vantaggio competitivo a beneficio della società, da alcuni anni si sono individuate alcune tecnologie emergenti che nel prossimo futuro potranno portare benefici in molti ambiti (FET – Future and Emerging Technologies). Alla base delle azioni che l’Unione Europea sta sostenendo per incentivare lo sviluppo di progetti, ci sono gli aspetti della multidisciplinarietà e della collaborazione tra scienza e industria. Per avere un’idea dell’impegno economico che è stato messo in campo nell’ambito del programma Horizon 2020 e che copre il periodo 2014 – 2020, le progettualità FET sono sostenute con oltre 2 miliardi e mezzo di Euro. Il programma FET è impostato lungo tre direttrici complementari: Open, Proactive, Flagships. Uno degli aspetti per cui si caratterizzano e differenziano è il numero di ricercatori coinvolti sulle varie idee progettuali. Mentre i progetti Open sono legati alla fase iniziale, nella quale si indagano idee non convenzionali, su cui lavorano piccoli gruppi di ricerca, i progetti Proactive prevedono lo sviluppo di temi emergenti sui quali sono già stati individuati dei risultati promettenti e quindi è necessario iniziare a formare una massa critica interdisciplinare di ricercatori europei in modo tale da inserire nell’immediato futuro questi temi nelle roadmap di ricerca sostenute con call for proposal standard.

Di maggior interesse per questa nostra trattazione è la direttrice Flagships relativa a temi ritenuti fondamentali per la ricerca europea sui quali concentrare le attività di centinaia di ricercatori. Nel settembre 2014 la Commissione Europea ha presentato il modello di attuazione per le Flagships H2020, illustrando i primi due progetti finanziati ognuno per un miliardo di Euro: lo Human Brain e il Graphene. Il primo riguarda la comprensione del cervello umano con un approccio multidisciplinare che coinvolge matematica, informatica, neuroscienze, robotica, microelettronica e coinvolge oltre cento partner europei, americani ed asiatici. Il secondo, maggiormente interessante per la nostra esposizione, riguarda lo studio per l’utilizzo di un nuovo materiale, il graphene.

Un materiale particolare

Obiettivo della Graphene Flagship è quello di far uscire il graphene dai laboratori di ricerca per poterlo utilizzare in applicazioni di varia natura, contribuendo allo sviluppo e alla creazione di nuovi posti di lavoro. In un periodo di 10 anni a partire dal 2013 oltre 150 gruppi di ricerca di 23 paesi, composti da ricercatori industriali e da enti e strutture di ricerca pubblici e privati, affronteranno una grande sfida sia scientifica che tecnologica per indagare le potenziali applicazioni di questo nuovo e interessante materiale.

Il graphene è composto da un reticolo regolare di atomi di carbonio disposti ad esagono su un piano; lo spessore infatti è di un solo atomo, costituendo così un vero e proprio foglio praticamente bidimensionale molto flessibile ma, in realtà, incredibilmente resistente.

La scoperta molto recente di tale materiale è avvenuta nel 2004 da parte di due scienziati russi emigrati nel Regno Unito, che, grazie ad essa, hanno ricevuto il premio Nobel per la fisica nel 2010. Il metodo di produzione utilizzato è stato quello di attaccare e staccare del nastro adesivo da un minerale di grafite in modo tale da ottenere strati di grafite sempre meno spessi fino ad arrivare a uno di spessore monoatomico. Anche se la grafite era studiata da molto tempo ed era nota la sua composizione fatta da più strati di carbonio regolarmente disposti ad esagono su ognuno di essi, la possibilità di ottenere un nuovo materiale con particolarità speciali “strappando” un solo strato da essa non era ancora stata indagata prima del 2004 ed un procedimento così semplice ha posto le basi per produrlo in tutti i laboratori del mondo.

La prima proprietà individuata nel graphene è legata alla conduzione elettronica: gli elettroni sono costretti a muoversi su due dimensioni e questo comporta un aumento di cento volte della loro velocità con interessanti fenomeni quantistici che si manifestano a temperatura ambiente.

Ma le proprietà che interessano maggiormente il nostro contesto, e che pongono le basi per potenziali applicazioni industriali, sono legate alla resistenza anche a pressioni molto elevate, all’impermeabilità a tutti i gas, alla stabilità se sottoposto all’aria e alla luce, all’ottima conducibilità termica ed alla trasparenza.

Il progetto europeo della Graphene Flagship prevede attività organizzate in diversi work packages che indagano i vari aspetti connessi alla produzione su vasta scala del nuovo materiale, all’impatto sulla salute e sull’ambiente, alle applicazioni nei settori dell’elettronica, della sensoristica, dell’energia, dei nano-compositi, eccetera. Gruppi di ricerca multidisciplinari stanno indagando come trasferire le proprietà ideali dei fogli di graphene a un livello adatto per essere integrato nei prodotti di uso comune.

L’Italia è pienamente dentro al progetto con il Consiglio Nazionale delle Ricerche e l’Istituto Italiano di Tecnologia.

Calzature a base di graphene

Il settore calzaturiero italiano, unendo l’artigianato di alta qualità allo sviluppo delle nuove tecnologie, ha grosse potenzialità di crescita. Il calzaturificio Fadel, attivo dagli anni Settanta in provincia di Lucca, coniuga proprio questi due aspetti di tradizione e innovazione avendo puntato su investimenti in ricerca e sviluppo con un proprio reparto interno che opera in collaborazione con strutture pubbliche di ricerca. Proprio una collaborazione con i Graphene Labs dell’Istituto Italiano di Tecnologia ha permesso l’ideazione e lo sviluppo della tecnologia GET® (Graphene Extra Termal) basata su due brevetti che regolano come integrare il graphene in una membrana di tessuto che, anche mediante particolari scanalature, garantisce un ottimale equilibrio termico internamente alle calzature, oltre a renderle maggiormente resistenti e con ottime proprietà antibatteriche. L’interazione tra mondo industriale e mondo della ricerca pubblica ha permesso di utilizzare il nuovo materiale per un prodotto di uso quotidiano e non solo per applicazioni high-tech. Anche se in ridotte concentrazioni, l’integrazione del graphene in membrane di tessuto utilizzate per realizzare calzature permette di sfruttare la struttura a fogli cristallini, la superiore conducibilità termica e le già citate proprietà antibatteriche per ottenere un prodotto molto prestante.