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Grafene più grande ed elastico
I ricercatori coreani hanno trovato un modo per realizzare grandi film di grafene che sono sia resistenti che elastici e hanno le migliori proprietà elettriche finora. Questi fogli di carbonio dello spessore di un atomo sono un materiale promettente per la realizzazione di elettrodi e transistor trasparenti e flessibili per display a schermo piatto. Il grafene potrebbe anche portare a display a diodi organici a emissione di luce (OLED) pieghevoli e celle solari organiche. Tuttavia, non è stato facile trovare un modo per realizzare fogli di grafene grandi e di alta qualità.
Grande e flessibile: una pellicola di grafene trasparente, due centimetri su ciascun lato, si allunga e si flette quando viene trasferita su un timbro di gomma. Il timbro può essere utilizzato per depositare il film su qualsiasi supporto.
I ricercatori della Sungkyunkwan University e del Samsung Advanced Institute of Technology, a Suwon, in Corea, hanno realizzato pellicole di grafene larghe centimetri che sono trasparenti all'80% e possono essere piegate e allungate senza rompersi o perdere le loro proprietà elettriche. Altri hanno realizzato grandi film di grafene utilizzando tecniche più semplici, ma i nuovi film sono 30 volte più conduttivi. Inoltre, è facile trasferire i nuovi film su diversi substrati. Abbiamo dimostrato che il grafene è uno dei migliori materiali per l'elettronica trasparente estensibile, afferma Byung Hee Hong , che ha guidato il lavoro, che è pubblicato in Natura .
Il grafene è un eccellente conduttore e trasporta gli elettroni dieci volte più velocemente del silicio. Potrebbe sostituire gli elettrodi fragili all'ossido di indio e stagno (ITO) che sono attualmente utilizzati in display, celle solari organiche e touch screen. I transistor al grafene potrebbero anche sostituire i transistor a film sottile di silicio, che non sono trasparenti e sono difficili da fabbricare su plastica.
Il modo più semplice per creare minuscole scaglie di grafene di alta qualità è rimuovere gli strati di grafene dalla grafite (che è, essenzialmente, solo una pila di fogli di grafene). L'anno scorso, un gruppo guidato dal professore di scienze dei materiali e ingegneria della Rutgers University Manish Chowalla ha ideato un metodo per realizzare pezzi in scala centimetrica per applicazioni pratiche. I ricercatori hanno sciolto l'ossido di grafite in acqua, creando una sospensione di singoli fogli di ossido di grafene, che hanno depositato sopra un substrato flessibile.
I ricercatori coreani usano un metodo chiamato deposizione chimica da vapore. In primo luogo, depositano uno strato di nichel spesso 300 nanometri sopra un substrato di silicio. Successivamente, riscaldano questo substrato a 1.000 Cº in presenza di metano, quindi lo raffreddano rapidamente a temperatura ambiente. Questo lascia film di grafene contenenti da sei a dieci strati di grafene sopra il nichel. Modellando lo strato di nichel, i ricercatori possono creare film di grafene modellati.
Altri, come il professore di ingegneria elettrica del MIT Jing Kong , ci stiamo lavorando approcci simili per fare grandi pezzi di grafene. Ma i ricercatori coreani hanno compiuto un ulteriore passo avanti, trasferendo le pellicole su substrati flessibili mantenendo un'elevata qualità. Il trasferimento avviene in due modi. Uno consiste nell'incidere il nichel in una soluzione in modo che il film di grafene galleggi sulla sua superficie, pronto per essere depositato su qualsiasi substrato. Un trucco più semplice è usare un timbro di gomma per trasferire la pellicola.
Professore di fisica alla Columbia University Filippo Kim , che è un coautore del nuovo documento, afferma che la deposizione chimica da vapore è uno dei modi più economici per produrre grafene di qualità su larga scala e dovrebbe essere compatibile con le tecnologie di fabbricazione dei semiconduttori esistenti. In questo momento, i ricercatori possono realizzare pezzi da quattro pollici, ma Hong dice che potrebbero facilmente aumentare il processo.
I nuovi film di grafene sono meno difettosi di quelli prodotti in passato, afferma Hong, motivo per cui sono circa 30 volte più conduttivi e hanno una mobilità circa 20 volte maggiore rispetto ai precedenti fogli di grafene. La conduttività è sufficiente per alcune applicazioni entry-level in piccoli display LCD e display touch-panel, afferma Per contattare Yang , professore di scienze dei materiali e ingegneria presso l'Università della California, Los Angeles. Tuttavia, aggiunge, la conduttività dovrebbe comunque essere 10 volte migliore per sostituire l'ITO nelle celle solari organiche e negli OLED.
Molti altri materiali vengono presi in considerazione per l'elettronica trasparente e flessibile. I nanotubi di carbonio potrebbero essere un duro concorrente. Ad esempio, i ricercatori stanno facendo progressi nella creazione di transistor a nanotubi flessibili e Unidym , con sede a Menlo Park, in California, inizierà presto a vendere pellicole di plastica rivestite di nanotubi, che potrebbero essere utilizzate al posto dei rivestimenti ITO sui display.
Altri hanno realizzato transistor flessibili e trasparenti utilizzando rivestimenti di ossido di indio o nanofili di ossido di zinco e di ossido di indio. Nel frattempo, i ricercatori dell'Università del Michigan hanno realizzato elettrodi trasparenti utilizzando una griglia di fili metallici molto sottili.
Il vantaggio del grafene potrebbe essere la sua eccezionale forza e l'elevata mobilità (che si prevede sia il doppio di quella dei nanotubi). Tao He, un ricercatore di grafene presso la Rice University, afferma che i valori di conduttività e mobilità dei nuovi film sono impressionanti. Non ho visto nessun [altro lavoro] simile o paragonabile a questo, dice, aggiungendo che il nuovo lavoro potrebbe rendere possibile la produzione su larga scala e a basso costo di elettronica flessibile al grafene.