Il silicio rappresenta tuttora il materiale più importante per la produzione di elementi semiconduttori come transistor, diodi o celle solari. Per un certo numero di anni, però, è stata disponibile un'alternativa interessante:alcuni idrocarburi che presentano anche proprietà di semiconduttori sono ora il nuovo standard nei display OLED di telefoni cellulari e televisori. Inoltre, questi semiconduttori "organici", come vengono anche chiamati questi idrocarburi, può essere utilizzato anche per celle solari o transistor. Il loro grande svantaggio è la loro mancanza di stabilità:l'ossigeno atmosferico distrugge rapidamente questi elementi, ecco perché devono essere confezionati in un coperchio ermetico. Un gruppo di ricerca guidato dal fisico Serdar Sarıçiftçi dell'Università Johannes Kepler di Linz ha ora raggiunto una svolta nella risoluzione di questo problema. In un progetto finanziato dall'Austrian Science Fund FWF, il team è riuscito a produrre semiconduttori legati al pigmento indaco che non è solo stabile se esposto all'aria, ma anche sott'acqua.
Un materiale miracoloso difficile da lavorare
"In realtà, cercavamo materiali semiconduttori biodegradabili, " spiega Sarıçiftçi. "Nel processo ci siamo imbattuti in questo materiale biblico noto come indaco. L'indaco e i suoi derivati mostrano vere proprietà di semiconduttore. "Non è stata una sorpresa che l'indaco mostrasse un'elevata stabilità:"È stato utilizzato l'indaco, ad esempio, nelle tombe dei faraoni, dove è ancora visibile dopo migliaia di anni. E il blu nel tessuto dei jeans è noto per la sua robustezza, " nota Sarıçiftçi.
La lavorabilità era il problema nell'usare l'indaco come semiconduttore:è quasi insolubile, quale, per inciso, spiega in parte la sua durata. Molti metodi per produrre elementi semiconduttori organici lo fanno, però, richiedono che il materiale venga prima dissolto in qualche modo e poi depositato su un supporto. Sarıçiftçi e il suo gruppo sono riusciti a rendere solubile il pigmento legando i gruppi laterali volatili alla molecola di indaco. Quando vengono riscaldati sopra i 100°C, questi gruppi laterali si separano nuovamente.
Ciò ha rimosso il principale ostacolo all'utilizzo dell'indaco come semiconduttore, dice Sarıçiftçi:"Vediamo questa stabilità dell'indaco come un punto di svolta. Consigliamo a tutti coloro che lavorano su transistor organici di concentrarsi su questa classe di materiali d'ora in poi".
Domande senza risposta su celle solari e diodi luminosi
Questo significa che l'intero campo dei semiconduttori organici può ora passare ai composti indaco? Sarıçiftçi suona una nota di cautela:"A causa dei legami idrogeno, l'indaco ha forti proprietà di spegnimento della luminescenza." Questo debole legame tra le molecole, che svolge un ruolo importante nel ghiaccio, ha un effetto dirompente sulle applicazioni ottiche.
La funzione delle celle solari, ad esempio, si basa sull'irradiazione di luce che interagisce con il materiale, che rilascia elettroni e avvia una corrente. Nelle molecole di indaco, però, tali stati elettronici "eccitati" vengono rapidamente dissipati e convertiti in calore prima di poter essere utilizzati. Ciò significa che sia le celle solari che i diodi emettitori di luce saranno difficili da realizzare con la famiglia di composti indaco. "Stiamo cercando di aggirare questo problema, ma non c'è una vera soluzione ad esso, " spiega. Sarıçiftçi. Questo è un aspetto su cui sta attualmente studiando. I transistor non sono interessati da tali problemi.
Elettronica per impianti
Sarıçiftçi percepisce un grande potenziale per i materiali indaco negli usi medici. "Stiamo dedicando particolare attenzione alla biocompatibilità dei transistor indaco. Siamo stati in grado di dimostrare che possono funzionare anche sott'acqua a diversi livelli di pH. "Ciò significa che possono essere utilizzati per impianti in tessuti umani. "Apre le porte alle bio-applicazioni, " osserva Sarıçiftçi. Più di recente il suo gruppo ha pubblicato diversi articoli su questo tema in riviste rinomate e ha ottenuto un brevetto. Nel 2014, ha iniziato ad organizzare una conferenza annuale sul tema della bioelettronica.
Anche il basso costo del materiale di base potrebbe essere un vantaggio decisivo. "Questo sarà un argomento per future applicazioni di massa, " nota Sarıçiftçi.
