Un nuovo materiale “tampone” aiuta a produrre grafene trasparente senza danni
(Rinnovabili.it) – Trovare un modo per realizzare elettrodi sottili, trasparenti e stabili all’aria aperta è stato, negli ultimi anni, uno degli obiettivi dell’elettronica a film sottile. Tali elementi possono infatti trovare spazio in un’ampia gamma di applicazioni optoelettroniche, da nuovi schermi di smartphone a celle solari innovative. Un importante contributo a questo filone scientifico arriva oggi dal MIT. Un gruppo di ingegneri ha, infatti, trovato il modo di produrre facilmente elettrodi in grafene trasparente in sostituzione allo standard di settore.
Attualmente per tali applicazioni è impiegato l’ossido di indio-stagno (ITO), un materiale basato su elementi chimici rari e costosi. Tra i vari materiali candidati a prenderne posto, il grafene mostra proprietà elettriche e meccaniche estremamente buone, rimanendo incredibilmente sottile e flessibile. Inoltre è realizzato a partire da materiale abbondante ed economico quale il carbonio.
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La produzione mostra, però, un tallone d’Achille. Il grafene viene “coltivato” sotto forma di grandi fogli mediante deposizione chimica da vapore, usando il rame come “strato di semina”. Peccato che liberarlo dal substrato in rame non sia un’operazione facile e rischi di provare una serie di minuscoli danno sul foglio degradandone la conduttività.
Il team del MIT ha trovato un modo per superare il problema e produrre grafene trasparente di alta qualità da impiegare in celle solari innovative e altri dispositivi. Il procedimento sfrutta sempre la deposizione chimica tramite vapore ma prevede uno strato intermedio di materiale polimerico “tampone”. Questa elemento consente al foglio di grafene ultrasottile, che si formerà, di essere facilmente rimosso dal suo substrato. La chiave è la struttura atomica del polimero chiamato chiamato parilene, che si conforma quella del grafene su cui è distribuito.
Con la nuova tecnologia, afferma il ricercatore Giovanni Azzellino, “ora siamo in grado di produrre in modo affidabile fogli di grafene su vasta area, trasferirli su qualsiasi substrato desideriamo senza influenzarne le proprietà elettriche e meccaniche”. A dimostrazione del processo, il team ha realizzato celle solari innovative proof-of-concept, impiegando il grafene trasparente appena formato per uno dei due elettrodi e sfruttando lo strato di parilene come substrato. Il prototipo così realizzato, migliora di circa 36 volte la potenza erogata per peso, rispetto agli ultimi dispositivi basati sull’ITO. Inoltre utilizza 1/200 della quantità di materiale per unità di superficie per l’elettrodo trasparente. E c’è un ulteriore vantaggio fondamentale, come sottolinea Azzellino: “Il grafene è quasi gratis”. La ricerca è stata pubblicata su Advanced Functional Materials (testo in inglese).
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