Oggi, composti petrolchimici e metalli rari come platino e iridio vengono utilizzati per produrre semiconduttori per l’optoelettronica, come i LED organici per schermi supersottili di TV e telefoni cellulari. I fisici dell'Università di Umeå, in collaborazione con ricercatori in Danimarca e Cina, hanno scoperto un'alternativa più sostenibile. Cuocendo a pressione le foglie di betulla raccolte nel campus dell'Università di Umeå, hanno prodotto una particella di carbonio di dimensioni nanometriche con le proprietà ottiche desiderate.
"L'essenza della nostra ricerca è sfruttare le vicine risorse rinnovabili per produrre materiali semiconduttori organici", afferma Jia Wang, ricercatrice presso il Dipartimento di Fisica dell'Università di Umeå e uno degli autori dello studio pubblicato su Chimica verde .
I semiconduttori organici sono materiali funzionali importanti nelle applicazioni optoelettroniche. Un'applicazione sono i diodi organici a emissione di luce, gli OLED, che comprendono schermi ultrasottili e luminosi di TV e telefoni cellulari. La domanda in forte aumento di questa tecnologia avanzata sta determinando una produzione massiccia di materiali semiconduttori organici.
Sfortunatamente, questi semiconduttori sono attualmente prodotti principalmente da composti petrolchimici ed elementi rari ottenuti attraverso attività minerarie dannose per l’ambiente. Inoltre, questi materiali spesso contengono le cosiddette "materie prime critiche" che scarseggiano, come platino, indio e fosforo.
Dal punto di vista della sostenibilità, l’ideale sarebbe se potessimo utilizzare la biomassa di piante, animali e rifiuti per produrre materiali semiconduttori organici. Questi materiali di partenza sono rinnovabili e abbondantemente disponibili. La ricercatrice Jia Wang e i suoi colleghi del Dipartimento di Fisica, insieme a partner internazionali, sono riusciti a produrre un materiale semiconduttore di origine biologica.
Il processo di sintesi è semplice:hanno raccolto foglie di betulla nel campus di Umeå e le hanno cotte in una pentola a pressione. Ciò ha prodotto “punti di carbonio” di circa due nanometri che emettono una luce rossa profonda a banda stretta quando disciolti in etanolo. Alcune delle proprietà ottiche di questi punti di carbonio di foglie di betulla sono paragonabili ai punti quantici commerciali attualmente utilizzati nei materiali semiconduttori, ma a differenza di questi, non contengono metalli pesanti o materie prime critiche.
"È importante notare che il nostro metodo non si limita alle foglie di betulla", spiega Jia Wang. "Abbiamo testato diverse foglie di piante con lo stesso metodo di cottura a pressione e tutte hanno prodotto punti di carbonio simili a emissione rossa. Questa versatilità suggerisce che il processo di trasformazione può essere utilizzato in luoghi diversi."
Utilizzando i punti di carbonio in un dispositivo a cella elettrochimica a emissione di luce, i ricercatori sono stati in grado di dimostrare che la luminosità generata era di 100 cd/m 2 , che è paragonabile all'intensità della luce dello schermo di un computer.
"Questo risultato mostra che è possibile passare dall'esaurimento dei composti petroliferi alla rigenerazione della biomassa come materia prima per semiconduttori organici", afferma Jia Wang.
Sottolinea il potenziale più ampio dei punti di carbonio che va oltre i semplici dispositivi che emettono luce.
"I punti di carbonio sono promettenti in varie applicazioni, dal bioimaging e dal rilevamento all'anticontraffazione. Siamo aperti a collaborazioni e desiderosi di esplorare usi più interessanti per questi punti di carbonio emissivi e sostenibili", afferma Jia Wang.
Ulteriori informazioni: Shi Tang et al, Punti fluorescenti di carbonio ricavati da foglie di betulla per dispositivi elettroluminescenti sostenibili, Chimica verde (2023). DOI:10.1039/D3GC03827K
Informazioni sul giornale: Chimica verde
Fornito dall'Università di Umea
