I ricercatori della Technische Universitaet Muenchen (TUM) stanno mostrando la strada verso il basso costo, produzione su scala industriale di una nuova famiglia di dispositivi elettronici. Un esempio lampante è un sensore di gas che potrebbe essere integrato negli imballaggi alimentari per misurare la freschezza, o in monitor wireless compatti per la qualità dell'aria. Sono in lavorazione anche nuovi tipi di celle solari e transistor flessibili, così come sensori di pressione e temperatura che potrebbero essere integrati nella pelle elettronica per applicazioni robotiche o bioniche. Tutto può essere realizzato con nanotubi di carbonio, spruzzato come inchiostro su fogli di plastica flessibili o altri substrati.

I sensori di gas basati su nanotubi di carbonio creati presso TUM offrono una combinazione unica di caratteristiche che non possono essere eguagliate da nessuna delle tecnologie alternative. Rilevano rapidamente e rispondono continuamente a variazioni estremamente piccole nelle concentrazioni di gas, tra cui ammoniaca, diossido di carbonio, e ossido di azoto. Funzionano a temperatura ambiente e consumano pochissima energia. Per di più, come riportano i ricercatori TUM nei loro ultimi articoli, tali dispositivi possono essere fabbricati su materiali di supporto flessibili attraverso un'ampia area, processi a basso costo.

Così diventa realistico immaginare un involucro di plastica per alimenti che incorpori flessibile, sensori di gas usa e getta, fornendo un indicatore più significativo della freschezza degli alimenti rispetto alla data di scadenza. Misurare l'anidride carbonica, Per esempio, può aiutare a prevedere la durata di conservazione della carne. L'"imballaggio intelligente" - supponendo che i consumatori lo trovino accettabile e che la natura non tossica dei dispositivi possa essere dimostrata - potrebbe migliorare la sicurezza alimentare e potrebbe anche ridurre notevolmente la quantità di cibo che viene sprecato. Utilizzato in un ambiente diverso, lo stesso tipo di sensore di gas potrebbe rendere meno costoso e più pratico monitorare la qualità dell'aria interna in tempo reale.

Non così facile, ma "davvero semplice"

Il ricercatore post-dottorato Alaa Abdellah e i colleghi del TUM Institute for Nanoelectronics hanno dimostrato che i sensori di gas ad alte prestazioni possono essere, in effetti, spruzzato su substrati plastici flessibili. Con quello, potrebbero aver aperto la strada alla fattibilità commerciale dei sensori basati su nanotubi di carbonio e delle loro applicazioni. "Questo è davvero semplice, una volta che sai come farlo, " afferma il Prof. Paolo Lugli, direttore dell'istituto.

L'elemento base di questa tecnologia è una singola molecola cilindrica, un foglio arrotolato di atomi di carbonio che sono collegati in uno schema a nido d'ape. Questo cosiddetto nanotubo di carbonio potrebbe essere paragonato a un tubo da giardino inimmaginabilmente lungo:un tubo cavo di appena un nanometro di diametro ma forse milioni di volte più lungo della sua larghezza. I singoli nanotubi di carbonio mostrano proprietà sorprendenti e utili, ma in questo caso i ricercatori sono più interessati a cosa si può fare con loro in massa.

Deposto in film sottili, nanotubi di carbonio orientati casualmente formano reti conduttive che possono fungere da elettrodi; le pellicole modellate e stratificate possono funzionare come sensori o transistor. "Infatti, " spiega il prof. Lugli, "la resistività elettrica di tali film può essere modulata da una tensione applicata (per fornire un'azione del transistor) o dall'adsorbimento di molecole di gas, che a sua volta è una firma della concentrazione di gas per le applicazioni dei sensori."

E come base per i sensori di gas in particolare, i nanotubi di carbonio combinano i vantaggi (ed evitano le carenze) di materiali più affermati, come l'elettronica organica a base di polimeri e i semiconduttori di ossido di metallo allo stato solido. Quello che è mancato fino ad ora è un affidabile, riproducibile, metodo di fabbricazione a basso costo.

deposizione a spruzzo, integrato se necessario da stampa transfer, soddisfa tale esigenza. Una soluzione acquosa di nanotubi di carbonio sembra una bottiglia di inchiostro nero e può essere gestita in modi simili. In questo modo i dispositivi possono essere spruzzati, da un ugello robotico controllato da un computer, praticamente su qualsiasi tipo di substrato, compresi fogli di plastica flessibile di grandi dimensioni. Non sono necessarie costose camere bianche.

"Per noi era importante sviluppare una piattaforma tecnologica facilmente scalabile per la produzione di elettronica flessibile e stampata di grandi aree basata su semiconduttori organici e nanomateriali, " dice il dottor Abdellah. "A tal fine, la deposizione spray costituisce il fulcro della nostra tecnologia di lavorazione."

Le sfide tecniche rimanenti derivano in gran parte da requisiti specifici dell'applicazione, come la necessità che i sensori di gas siano selettivi oltre che sensibili.