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Portare il grafene sul mercato
Una startup di Jessup, MD, spera entro la fine dell'anno di portare sul mercato uno dei primi prodotti basati sul nanomateriale grafene. Materiali Vorbeck sta producendo inchiostri conduttivi a base di grafene che possono essere utilizzati per stampare antenne RFID e contatti elettrici per display flessibili. L'azienda, che punta sul basso costo degli inchiostri al grafene, ha un accordo con il colosso chimico tedesco BASF e il mese scorso ha ricevuto 5,1 milioni di dollari in finanziamenti dalla società di investimenti privati Stoneham Partners.
Grafene stropicciato: Gli inchiostri conduttivi realizzati dalla società startup Vorbeck Materials contengono grafene accartocciato. Questa immagine al microscopio a forza atomica è colorata per mostrare la topografia di un pezzo di grafene del tipo utilizzato negli inchiostri; le aree rosse sono più alte e quelle blu più basse.
Da quando è stato creato per la prima volta in laboratorio nel 2004, il grafene è stato salutato come un materiale meraviglioso: i fogli bidimensionali di atomi di carbonio sono il materiale più resistente mai testato e le proprietà elettriche del grafene lo rendono un potenziale sostituto del silicio nei chip per computer più veloci . La sintesi di grafene incontaminato della qualità necessaria per realizzare transistor, tuttavia, rimane un processo scrupoloso che, al momento, non può essere eseguito su scala industriale, sebbene i ricercatori stiano lavorando su questo problema.
Vorbeck Materials sta facendo quale consulente scientifico dell'azienda Ilhan Aksay chiama grafene difettoso in grandi quantità. Sebbene le proprietà elettriche del grafene non siano abbastanza buone per supportare i transistor, è comunque forte e conduttivo.
Vorbeck Materials ha concesso in licenza il proprio metodo per produrre grafene accartocciato da Aksay, professore di ingegneria chimica all'Università di Princeton. Vorbeck Materials afferma che gli inchiostri realizzati con questo grafene accartocciato sono conduttivi e abbastanza economici da competere con gli inchiostri argento e carbonio attualmente utilizzati nei display e nelle antenne con tag RFID. (Un'altra startup che lavora su grafene difettoso, Energia del grafene di Austin, TX, utilizza una forma simile del materiale per realizzare elettrodi per ultracondensatori.)
Il metodo di Aksay inizia ossidando la grafite con acidi, quindi separandola in fogli sottili come un atomo. La grafite espansa viene quindi riscaldata rapidamente, creando gas di anidride carbonica che aumenta la pressione, separando i fogli di grafene. Questo processo è comune, afferma Aksay, ma il suo gruppo di ricerca ha sviluppato metodi di monitoraggio per migliorare la resa e garantire che i fogli di grafene si separino completamente. I fogli vengono quindi riscaldati per rimuovere i gruppi di ossigeno. La conduttività si avvicina a quella del grafene incontaminato, ma i fogli sono accartocciati in modo da non impilarsi di nuovo insieme, afferma Aksay. La polvere risultante può essere aggiunta a un solvente per produrre inchiostri o aggiunta a polimeri per realizzare compositi come la gomma dura per pneumatici.
La maggior parte degli inchiostri conduttivi sul mercato sono realizzati con particelle d'argento. Questi inchiostri possono essere stampati utilizzando tecniche economiche, ma gli inchiostri stessi sono costosi. L'argento viene utilizzato al posto dei metalli più economici perché è meno soggetto all'ossidazione. Gli inchiostri argento sono più conduttivi dell'inchiostro al grafene di Vorbeck, afferma il presidente dell'azienda Giovanni Lettow , ma anche molto più costoso. Devono anche essere trattati termicamente dopo l'applicazione, il che significa che non possono essere stampati su polimeri e altri materiali sensibili al calore. L'inchiostro al grafene non richiede alcun trattamento termico ed è più conduttivo rispetto ad altre alternative a base di carbonio agli inchiostri argento.
Le potenziali applicazioni per gli inchiostri, dice Lettow, includono antenne per tag RFID economici stampati su carta e contatti elettrici per display. Nick Colaneri, direttore del Centro di visualizzazione flessibile presso l'Arizona State University, afferma che la conduttività degli inchiostri potrebbe limitare la loro applicazione nei display ai dispositivi a bassa risoluzione.
Vorbeck Materials è in trattative con i produttori di elettronica per sviluppare inchiostri secondo le loro specifiche. Lettow afferma che l'azienda inizierà a vendere inchiostri al grafene entro la fine dell'anno.