Flessibile, l'elettronica trasparente è più vicina alla realtà con la creazione di elettrodi a base di grafene presso la Rice University.

Il laboratorio del chimico della Rice James Tour lab ha creato film sottili che potrebbero rivoluzionare i display touch-screen, pannelli solari e illuminazione a led. La ricerca è stata riportata nell'edizione online di ACS Nano .

Flessibile, gli schermi video trasparenti potrebbero essere la "killer app" che finalmente mette il grafene - la forma di carbonio spessa un solo atomo altamente pubblicizzata - sotto i riflettori commerciali una volta per tutte, Tour ha detto. Combinato con altri flessibili, componenti elettronici trasparenti in fase di sviluppo presso Rice e altrove, la svolta potrebbe portare a computer che avvolgono il polso e celle solari che avvolgono praticamente qualsiasi cosa.

Il film di grafene ibrido del laboratorio è un forte candidato per sostituire l'ossido di indio e stagno (ITO), un prodotto commerciale ampiamente utilizzato come trasparente, rivestimento conduttivo. È l'elemento essenziale in quasi tutti i display a schermo piatto, inclusi touch screen su smartphone e iPad, e fa parte dei diodi organici a emissione di luce (OLED) e delle celle solari.

ITO funziona bene in tutte queste applicazioni, ma presenta diversi svantaggi. L'elemento indio è sempre più raro e costoso. è anche fragile, che aumenta il rischio di rottura dello schermo in caso di caduta di uno smartphone e esclude ulteriormente l'ITO come base per display flessibili.

Il film sottile del Tour Lab combina un foglio monostrato di grafene altamente conduttivo con una sottile griglia di nanofili metallici. I ricercatori affermano che il materiale supera facilmente ITO e altri materiali concorrenti, con migliore trasparenza e minore resistenza alla corrente elettrica.

"Molte persone stanno lavorando su sostituzioni ITO, soprattutto per quanto riguarda i substrati flessibili, " disse Giro, T.T. e W.F. di Rice Chao Chair in Chimica nonché professore di ingegneria meccanica e scienza dei materiali e di informatica. "Altri laboratori hanno esaminato l'utilizzo del grafene puro. Potrebbe funzionare in teoria, ma quando lo metti su un substrato, non ha una conduttività sufficientemente elevata con una trasparenza sufficientemente elevata. Deve essere aiutato in qualche modo".

Al contrario, ha detto il ricercatore post-dottorato Yu Zhu, autore principale del nuovo articolo, le maglie metalliche fini mostrano una buona conduttività, ma le lacune nei nanofili per mantenerli trasparenti li rendono inadatti come componenti autonomi negli elettrodi conduttivi.

Ma combinare i materiali funziona in modo superbo, ha detto Zhu. La griglia metallica rinforza il grafene, e il grafene riempie tutti gli spazi vuoti tra la griglia. I ricercatori hanno trovato una griglia di nanofili da cinque micron realizzati con materiali poco costosi, l'alluminio leggero non ha sminuito la trasparenza del materiale.

"Le linee della griglia di cinque micron sono circa un decimo delle dimensioni di un capello umano, e un capello umano è difficile da vedere, " Disse Giro.

Tour ha affermato che le griglie metalliche potrebbero essere facilmente prodotte su un substrato flessibile tramite tecniche standard, compresa la stampa roll-to-roll e ink-jet. Anche le tecniche per realizzare grandi fogli di grafene stanno migliorando rapidamente, Egli ha detto; i laboratori commerciali hanno già sviluppato una tecnica di produzione di grafene roll-to-roll.

"Questo materiale è pronto per essere ridimensionato in questo momento, " Egli ha detto.

La flessibilità è quasi un bonus, Zhu ha detto, a causa del potenziale risparmio derivante dall'utilizzo di carbonio e alluminio invece del costoso ITO. "Proprio adesso, ITO è l'unico elettrodo commerciale che abbiamo, ma è fragile, " ha detto. "Il nostro elettrodo trasparente ha una conduttività migliore rispetto a ITO ed è flessibile. Penso che l'elettronica flessibile ne trarrà grandi benefici".

Nei test, ha scoperto che la conduttività della pellicola ibrida diminuisce dal 20 al 30 percento con le prime 50 curve, ma dopo, il materiale si stabilizza. "Non ci sono state variazioni significative fino a 500 cicli di piegatura, " ha detto Zhu. Un test di piegatura più rigoroso sarà lasciato agli utenti commerciali, Egli ha detto.

"Non so quante volte una persona arrotolerebbe un computer, " Tour aggiunto. "Forse 1, 000 volte? Diecimila volte? È difficile immaginare come si consumerebbe nel corso della vita in cui normalmente terresti un dispositivo."

Il film si è anche dimostrato stabile dal punto di vista ambientale. Quando il documento di ricerca è stato presentato alla fine del 2010, le pellicole di prova sono state esposte all'ambiente in laboratorio per sei mesi senza deteriorarsi. Dopo un anno, rimangono così.

"Ora che sappiamo che funziona bene su substrati flessibili, questo porta l'efficacia del grafene un passo avanti alla sua potenziale utilità, " Disse Giro.