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  • Produzione additiva di grafene per l'elettronica flessibile e stampabile

    Credito:CC0 Dominio Pubblico

    Ricerca condotta da Suprem Das della Kansas State University, assistente professore di ingegneria dei sistemi industriali e manifatturieri, in collaborazione con Christopher Sorensen, illustre professore universitario di fisica, mostra potenziali modi per produrre nano-inchiostri a base di grafene per la produzione additiva di supercondensatori sotto forma di elettronica flessibile e stampabile.

    Mentre i ricercatori di tutto il mondo studiano la potenziale sostituzione delle batterie con supercondensatori, un dispositivo energetico che può caricarsi e scaricarsi molto velocemente, in poche decine di secondi, il team guidato da Das ha una previsione alternativa. Il lavoro del team potrebbe essere adattato per integrarli per superare i processi di ricarica lenta delle batterie. Per di più, Das ha sviluppato la produzione additiva di piccoli supercondensatori, chiamati micro-supercondensatori, in modo che un giorno possano essere utilizzati per l'integrazione su scala wafer nella lavorazione del silicio.

    "La produzione additiva è affascinante, conveniente e ha considerazioni progettuali versatili, " disse Das.

    Il team ha sviluppato supercondensatori che sono stati testati per 10, 000 cicli di carica e scarica cicli, un numero che promette di valutare l'affidabilità di questi dispositivi, Das ha detto che il team sta anche studiando la versatilità di questi micro-supercondensatori stampando su superfici meccanicamente flessibili. Per questo, hanno usato substrati di poliimmide di plastica da 20 micrometri hin con elevata affidabilità. Das è molto interessato a tradurre i materiali emergenti in dispositivi.

    "Quando pensi ai migliori materiali e desideri realizzare i migliori dispositivi, non è semplice e immediato, " Das ha detto. "Bisogna quindi capire la fisica e la chimica alla base coinvolte nei dispositivi".

    Un altro vantaggio dell'invenzione di Das sono gli aspetti verdi della ricerca che ha visualizzato attraverso discussioni costruttive con Sorensen. Quando Das incontrò Sorensen, si rese conto che poteva usare la sua esperienza nella produzione additiva per trasformare questi materiali in cose utili; in questo caso, realizzare minuscoli dispositivi di accumulo di energia.

    Pochi mesi dopo, Das ha depositato un brevetto negli Stati Uniti dopo aver sviluppato una tecnologia a nano-inchiostri e l'ha usata per dimostrare i micro-supercondensatori stampati.

    Das è particolarmente interessato a formare questa collaborazione sinergica con Sorensen a causa dell'efficienza energetica, natura altamente scalabile e priva di sostanze chimiche del processo di produzione del grafene e del processo di produzione dell'inchiostro al grafene del proprio gruppo. Entrambi questi processi sono tecnologie brevettate/in attesa di brevetto e sono rilevanti a livello industriale, Das ha detto.

    "Produciamo alta qualità, grafene multistrato facendo esplodere miscele ricche di carburante di idrocarburi insaturi come l'acetilene con ossigeno in una camera da più litri, " Sorensen ha detto. "Il nostro metodo brevettato è semplice richiede pochissima energia, quindi è ecologicamente benigno; non richiede sostanze chimiche tossiche; ed è stato ridimensionato per produrre alta qualità, grafene poco costoso."

    Il grafene è stato riconosciuto come un materiale meraviglioso con molto potenziale a causa delle sue numerose proprietà fisiche superlative. Molti metodi di produzione del grafene sono stati sviluppati in tutto il mondo e il grafene è stato prodotto in tonnellate. Tecnologi, però, sono ben consapevoli che il grafene non è ancora sul mercato perché nessuno di questi metodi ha avuto la giusta combinazione di economia, ecologia e qualità del prodotto per consentire al grafene di esprimere il suo potenziale. Ma entrambi i metodi di produzione di grafene e nano-inchiostri perseguiti alla Kansas State University sono mirati a soddisfare tutti questi requisiti, secondo Sorensen e Das.


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