Pellicole per vetri arricchite con grafene per l'industria automobilistica

Decat Design
4 Gennaio 2021

Fonte: azom.com
Photo credits: Pixabay

NEX, pellicola per vetri in nano ceramica, contiene grafene, ossido di tungsteno e antimonio che dotano finestrini e parabrezza di una trasparenza cristallina e di una riduzione di raggi UV e abbagliamento. Le proprietà complementari del grafene e del vetro fanno sì che si uniscano perfettamente. La ricerca e sviluppo di questa fusione continua ad essere particolarmente vantaggiosa per l'industria automobilistica.





Il grafene è un materiale meravigliosamente duttile che viene spesso citato per le sue incredibili proprietà fisiche. Questo materiale, che consiste in un singolo strato di atomi di carbonio in disposizione reticolare esagonale bidimensionale, possiede resistenza meccanica, conduttività elettrica e termica e flessibilità, che lo rendono candidato di prim'ordine nel progresso e lo sviluppo dell'elettronica. Ma questo materiale straordinario ha un'altra proprietà meno pubblicizzata che, quando abbinata alle sue caratteristiche, lo rende utile per lo sviluppo di vetri e pellicole per vetro: è otticamente trasparente.

La solidità e la trasparenza ottica del grafene comportano una forte motivazione commerciale in R&D verso il miglioramento di una fusione vetro-grafene, coinvolgendo particolarmente l'industria automobilistica.

STEK Automotive
STEK Automotive è uno tra i tanti sviluppatori nel campo che sta perseguendo proprio questo percorso. La società con sede negli Stati Uniti ha appena annunciato il lancio di una pellicola per vetro in "nanoceramica premium", NEX. Questa pellicola per vetri in nanoceramica contiene grafene insieme a ossido di tungsteno e antimonio per fornire ai driver una visibilità eccellente, oltre che una riduzione del passaggio dei raggi UV e dell'abbagliamento. Questi ultimi due elementi sono assorbitori efficaci di infrarossi, in tal modo la pellicola limita fortemente la penetrazione di calore all'interno dei veicoli.

Per via della conduttività, NEX consente al contempo che i segnali elettromagnetici possano attraversarla senza ostacoli, evitando problemi ai dispositivi elettronici e di comunicazione all'interno dei veicoli.

NEX rappresenta uno step importante per l'R&D di film a base di grafene, ma non è la prima volta che la ricerca ha tentato di unire le proprietà complementari del vetro e del grafene.

Da quando il grafene è stato isolato per la prima volta, nel 2004, ha suscitato un forte interesse nella ricerca, inclusi vari tentativi di integrarlo al vetro, lavorando alla combinazione dei due elementi: conducibilità elettrica e termica, idrorepellenza, ferma restante la naturale trasparenza del vetro.

Uno dei motivi per il quale l'integrazione vetro-grafene ha allargato l'area di interesse, è stata la felice intuizione che il grafene potesse essere impiegato come materiale rivestente, date le sue trasparenza e resistenza: un solo atomo di spessore; uno strato di grafene assorbe solo il 2% della luce che riceve. I campi elettromagnetici del grafene sono fortemente limitati al suo mono strato, ma gli elettroni sono liberi di muoversi sulla sua superficie.

Gli elettroni liberi possono assorbire solo una piccola quantità di energia, e poiché i fotoni di particolari lunghezze d'onda rientrano in pacchetti di quantità fisse - o quanti - di energia, gli elettroni liberi possono assorbire solo un insieme limitato di fotoni.

La trasparenza ottica del grafene e la sua conduttività elettrica quando integrate con il vetro, sono utili per la creazione di fili conduttivi altamente flessibili, fibre multifunzionali e sensori ad alta precisione, lasciando inalterata ed anzi migliorando la trasparenza del vetro.

La forza del grafene deriva dal fatto che gli atomi di carbonio sono disposti regolarmente in un reticolo unito da legami covalenti.
Ma c'è un altro vantaggio che il grafene conferisce al vetro, ed è in relazione alla sua durata a alla resistenza alla trazione.




Grafene e vetro
Tutti conosciamo il ​​rischio di rottura del vetro, e non c'è dubbio che l'aggiunta di grafene ne migliori la resistenza alla trazione e lo renda più durevole.

Ciò che è meno conosciuto è che anche il vetro può essere soggetto a corrosione. Nel tempo, a livelli di umidità e pH elevati, molti tipi di vetro tendono a corrodersi. Il vetro corroso perde trasparenza e la sua resistenza si riduce.

Nel 2016, i ricercatori del Center for Multidimensional Carbon Materials (CMCM) all'interno dell'Institute for Basic Science (IBS), hanno sperimentato un rivestimento in grafene che protegge il vetro dalla corrosione.

La creazione di vetro integrato in grafene ha solitamente comportato la fusione di nano piastrine di grafene su vetro o il rivestimento a trasferimento di pellicole di grafene "coltivate" su metalli, ma un altro metodo inventivo è stato quello di "coltivare" direttamente grafene su vetro. Questo metodo, utilizzato dal team IBS, elimina la contaminazione e i potenziali danni che possono essere causati durante l'integrazione, ottenendo un mash-up vetro-grafene di alta qualità.

La corrosione può iniziare a causa dell'assorbimento dell'acqua sulla superficie del vetro. Gli ioni idrogeno dall'acqua si diffondono nel vetro e si scambiano con gli ioni sodio presenti sulla superficie. Il pH dell'acqua vicino alla superficie del vetro aumenta, permettendo alla struttura del silicato di dissolversi. Pertanto, le qualità idrofobiche del grafene possono aiutare a mitigarlo. Di conseguenza e per la sua inerzia chimica, il grafene è un'eccellente barriera chimica quando viene utilizzato come materiale di rivestimento sottile. Queste qualità indicano che il grafene potrebbe essere utilizzato anche per proteggere altre aree dei veicoli, come vernice, carrozzeria o copricerchi.



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