I ricercatori stanno facendo progressi verso un nuovo nanomateriale eco-friendly che potrebbe rivoluzionare i dispositivi elettronici.

20 luglio 2023

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da Consiglio Superiore di Ricerche Scientifiche (CSIC)

Un team di ricercatori dell'Istituto di Carbochimica del Consiglio Superiore di Ricerche Scientifiche (CSIC) ha compiuto un notevole passo avanti nello sviluppo di dispositivi elettronici efficienti e sostenibili. Hanno trovato una combinazione particolare di due straordinari nanomateriali che genera con successo un nuovo prodotto ibrido in grado di trasformare la luce in elettricità e viceversa più velocemente rispetto ai materiali convenzionali. Il materiale di questa ricerca è stato pubblicato sulla rivista "Chemistry of Materials". Questo nuovo materiale è costituito da un polimero conduttore unidimensionale chiamato politiolfene, ingegnosamente integrato con un derivato bidimensionale del grafene noto come ossido di grafene. Le caratteristiche uniche di questo materiale ibrido promettono un enorme potenziale per migliorare l'efficienza dei dispositivi optoelettronici, come gli schermi dei dispositivi intelligenti e i pannelli solari, tra gli altri.

Il dott. Wolfgang Maser, il ricercatore principale del progetto, spiega: "Attraverso la nostra strategia di sintesi, il polimero assume una particolare struttura come nanoparticelle idrosolubili, che favorisce un contatto intimo con i fogli di ossido di grafene". Questo contatto, a sua volta, porta a modifiche del comportamento elettrico all'interno del polimero, aumentandone significativamente l'efficienza elettrica.

Il dott. Ana Benito, co-ricercatore principale del progetto e al fianco del dott. Maser del gruppo Carbon Nanostructures and Nanotechnology (G-CNN), afferma: "Siamo stati particolarmente intrigati dalle proprietà ottiche, elettriche ed elettrocromatiche vantaggiose del politiolfene. Sebbene generasse elettricità all'illuminazione e emettesse luce quando fornito di elettricità, la sua risposta era lenta".

"Dopo aver studiato approfonditamente l'ossido di grafene, un nanomateriale derivato dal grafene che ha proprietà uniche, è dispersibile in acqua ed è facile da produrre, il team ha ipotizzato che combinare i due materiali potesse superare le limitazioni elettroniche intrinseche del polimero", sottolinea il dott. Maser.

"Il nostro concetto originale era modificare il politiolfene, trasformandolo in piccole nanosfere chiamate nanoparticelle, che potessero essere facilmente combinate con l'ossido di grafene. Inoltre, questa metodologia ci ha permesso di lavorare in dispersioni acquose, cosa estremamente difficile con questo tipo di polimeri", sottolinea il dott. Benito.

"Inizialmente non abbiamo osservato alcuna modifica delle proprietà elettroniche del materiale. Tuttavia, quando l'abbiamo analizzato in profondità, abbiamo scoperto che i nuovi materiali favorivano fenomeni di trasporto elettronico insolitamente rapidi, così veloci che inizialmente non siamo stati in grado di rilevarli con le tecniche standard", commenta il dott. Maser.

Collaborare con i ricercatori delle Università di Murcia, Cartagena e Zaragoza è stato fondamentale per confermare l'importanza dei loro risultati.

Questa scoperta rivoluzionaria ha implicazioni significative per una vasta gamma di applicazioni tecnologiche, tra cui la fabbricazione di schermi flessibili intelligenti, dispositivi elettronici portatili o carta elettronica altamente efficiente.

Eduardo Colom, il primo autore dell'articolo che ha studiato i materiali ibridi nella sua tesi di dottorato, spiega: "I dispositivi realizzati con questo nuovo materiale mostrerebbero un'efficienza superiore, un peso ridotto, una maggiore flessibilità e una maggiore sostenibilità, tutto grazie all'uso di materiali ecologici con eccezionali proprietà elettriche".

Inoltre, questa scoperta potrebbe migliorare l'efficienza delle celle solari organiche catturando una maggiore quantità di luce solare in modo più efficiente e conveniente.

Gli autori fanno notare: "Potremmo essere in grado di creare dispositivi elettronici più efficienti dal punto di vista energetico che consumano meno energia e offrono risposte più veloci. Questi risultati ci spingono verso un futuro basato su una tecnologia più avanzata e sostenibile".

La sintesi di questo nuovo materiale ibrido rappresenta un passo significativo verso la sostenibilità, poiché si basa sull'uso di acqua come solvente, evitando l'uso di sostanze chimiche tossiche comunemente impiegate nelle metodologie attuali. Ciò potrebbe ridurre l'impatto ambientale legato alla produzione di dispositivi elettronici.

Moreover, the synthesis strategy employed could be extended to other conductive polymers, thereby fostering important implications in technological applications. This finding represents an important achievement in the sustainable design of new architectures for high-performance optoelectronic devices.

The team of researchers of the G-CNN group has focused in recent times on creating highly functional and sustainable nanomaterials. These versatile nanomaterials find utility in a wide array of applications, ranging from the generation of clean energies, such as green hydrogen, to catalysis, energy storage or even heritage preservation, (bio)sensor development, and disease treatment.

Journal information: Chemistry of Materials

Provided by Spanish National Research Council