L’edificio del Cambridge Graphene Centre (Cambridge University, UK), inaugurato nel 2015.

La missione del Cambridge Graphene Centre (CGC) è di investigare sia gli aspetti di comportamento teorico che possibili applicazioni tecnologiche del grafene, degli allotropi del carbonio, dei materiali stratificati e bidimensionali e delle loro etero strutture.

Questo centro di innovazione ingegneristica dell'Università di Cambridge permette ai collaboratori accademici ed industriali di incontrarsi e di stabilire attività congiunte per promuovere una ricerca innovativa e avventurosa con un'enfasi sulle applicazioni.

Il grafene è composto da atomi di carbonio disposti in un reticolo esagonale. Tanti reticoli sovrapposti formano la grafite. Il grafene è un materiale fortissimo, ma allo stesso tempo flessibile e trasparente. E’ solo il primo di migliaia di materiali stratificati, ossia composti da fogli giustapposti come le pagine di un libro. Questi possono essere esfoliati: fogli individuali possono essere estratti, e combinati per formate nuovi materiali non esistenti in natura (etero strutture), le cui proprietà cambiano a seconda dell’angolo tra i vari fogli e la loro composizione. L’insieme di questi nuovi materiali viene chiamato GRM (‘graphene and related materials’).

L’infrastruttura e le attrezzature del CGC sono state selezionate per promuovere l'allineamento con l'industria, riempiendo due vuoti principali. Il primo è la mancanza di sistemi di stampa e processing dove un maggiore utilizzo industriale e l'ottimizzazione degli inchiostri basati su GRM possono essere testati e ottimizzati. Il secondo deriva dalla sfida posta dalla grande varietà delle proprietà fisiche e chimiche dei GRM. Le apparecchiature del CGC possono essere usate per studiare gli aspetti fondamentali dei GRM, per poi sfruttarli in dispositivi "GRM-augmented" su substrati flessibili/trasparenti, con la necessaria capacità di immagazzinamento dell'energia per lavorare in modo autonomo e connessi senza fili.

Camera Anecoica, utilizzata per testare vari tipi di antenne che sfruttano le proprietà del grafene e materiali stratificati, per applicazioni che vanno da etichette RFID, a sensori, ad antenne per comunicazioni 5G e 6G.

Il CGC ospita anche un centro di dottorato sulle tecnologie GRM. Questo lavora a stretto contatto con l'industria per assicurare che gli studenti ricevano il know-how necessario per perseguire carriere sia nell'industria che nel mondo accademico.

Il CGC si occupa di svariate attività di ricerca all’interfaccia fra industria e accademia, ad esempio:

• Elettronica: sviluppo di nuovi dispositivi più veloci e a ridotto consumo energetico.
• Sensori per misurazioni fisiche, ottiche, chimiche e ambientali, nonché per il rilevamento di radiofrequenze.
• Energia: celle fotovoltaiche, super condensatori e batterie, per ridurre la dipendenza dal petrolio e facilitare la transizione energetica verso fonti rinnovabili con tecnologie a basso costo.

Uno degli aspetti più interessanti, studiato in collaborazione con ricercatori basati in Italia, è lo sviluppo di applicazioni fotoniche. Il grafene integrato nella fotonica permette lo sviluppo di applicazioni con prestazioni superiori alle tecnologie concorrenti: può abilitare comunicazione più veloci e con consumo energetico per bit minore di almeno il 75%, assicurando una scalabilità di prestazioni, consumi e costi in linea con le ambizioni di sviluppo tecnologiche delle telecomunicazioni ottiche e wireless. Il grafene, a differenza degli altri materiali, è attivo in qualunque frequenza. Ad esempio, può essere usato per generazione e rivelazione di onde radio usate per 5G, 6G, radar e guida autonoma. Con il grafene, sono stati dimostrati dispositivi di visione iperspettrali, utili per i moderni sistemi d’immagine, in cui un processore combina immagini della stessa scena acquisite in vari intervalli spettrali permettendo, ad esempio, una visione chiara anche in presenza di nebbia. Il grafene è quindi il materiale ideale per componenti usati in comunicazioni in fibra ottica, in quanto efficiente, estremamente veloce, miniaturizzabile e con consumi molto bassi. Funziona a tutte le lunghezze d’onda ed è integrabile in qualunque fonderia di semiconduttori in silicio.

Il CGC ha una forte collaborazione con decine di Università, centri di ricerca ed industrie in Europa e in Italia, ed è parte dei maggiori programmi di ricerca UK ed EU, quali la Graphene Flagship, la Quantum Flagship, il Royce Institute e la Faraday Institution.

In particolare, in Italia il CGC lavora con Stellantis, BeDimensional, CNR, CNIT, Scuola Superiore Sant’Anna, Scuola Normale di Pisa, Enel Green Power, IIT, Italcementi, Leonardo, Nanesa, Nokia-Italia, Ericsson-Italia, Politecnico di Milano, Politecnico di Torino, STMicroelectronics, Università di Padova, Tor Vergata, Ca’ Foscari, Messina, Catania, Pisa, Trento, FBK e molti altri. Varie start up sono state create dal CGC e dai suoi alunni. Alcune di queste hanno sede in Italia, come BeDimensional (Genova), CRIL (Milano), CamGraPhIC (Pisa). 

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Prof. Andrea Ferrari (Direttore, CGC) e Prof. Roberto Buizza (Addetto Scientifico, Ambasciata d’Italia a Londra) – 31 March 2022 

Fonte:

Paese: ITALIA, Regno Unito

SSD: 00 - Diplomazia scientifica, 01 - Scienze matematiche e informatiche, 02 - Scienze fisiche, 03 - Scienze chimiche, 09 - Ingegneria industriale e dell'informazione