GSM, UMTS, LTE, Wifi, Bluetooth – per citare solo alcuni degli standard wireless che oggi sono diventati una parte naturale della comunicazione mobile. Per tutti questi standard wireless, l'elaborazione del segnale non può essere eseguita senza il filtraggio delle frequenze. I risonatori piezoelettrici microacustici sono la tecnologia dominante nel mercato per questo scopo. La teoria prevede eccellenti caratteristiche di oscillazione per questi risonatori, se l'elettrodo utilizzato per l'eccitazione dell'oscillazione diventa molto leggero. E l'elettrodo più leggero concepibile è il grafene elettricamente conduttivo.

"Gli elettrodi metallici, comunemente usato oggi, smorzano l'oscillazione dei risonatori attraverso la loro massa – simile al rivestimento in feltro su una corda di pianoforte – e quindi riducono la precisione della separazione del segnale nei filtri passa-banda. Mentre gli elettrodi metallici non possono essere arbitrariamente assottigliati per ridurne la massa e quindi il loro smorzamento, il grafene rimane ancora conduttivo anche come elettrodo atomicamente sottile.", spiega il dottor René Hoffmann, capo della ricerca sul grafene presso Fraunhofer IAF. Con elettrodi di grafene così sottili, i fattori di qualità meccanica si avvicinano all'ideale teorico. Se le caratteristiche di oscillazione dei risonatori piezoelettrici possono essere migliorate con successo e se si ottengono fattori di accoppiamento più elevati, aumenteranno sia la precisione di separazione del segnale che l'efficienza energetica dei filtri. Qui, la sfida a portata di mano è collegare gli elettrodi di grafene quasi privi di massa con i componenti di comunicazione mobile attualmente utilizzati basati sul nitruro di alluminio piezoelettrico.

Tecnologie di deposizione di grafene compatibili con l'industria

Come uno dei partner del Flagship Graphene, la più grande iniziativa di finanziamento nella storia dell'Unione Europea, Fraunhofer IAF sta lavorando allo sviluppo di una tecnologia efficiente per la deposizione e il trasferimento di grafene sul nitruro di alluminio. Per quanto sorprendente possa essere essere in grado di produrre e lavorare il grafene come materiale atomicamente sottile, è altrettanto difficile farlo su scala industriale. Molte delle possibili applicazioni del grafene non hanno ancora avuto successo poiché la produzione del materiale è ancora troppo complessa. Quindi, lo sviluppo di tecnologie economiche di produzione e lavorazione è essenziale per l'uso pratico delle eccezionali proprietà teoriche del grafene.

Un approccio promettente per la realizzazione della deposizione di grafene su substrati di dimensioni tipiche per l'industria dei semiconduttori può essere trovato nella deposizione chimica da vapore. Qui, una superficie del catalizzatore come il rame viene riscaldata a quasi 1000 °C fino a quando il gas contenente carbonio viene scomposto sulla superficie calda e riorganizzato in grafene. In futuro, questo metodo dovrebbe essere ulteriormente sviluppato in una tecnologia compatibile per applicazioni industriali, per integrare direttamente il grafene nei filtri passa-banda a base di niruro di alluminio esistenti.

Informazioni sull'ammiraglia del grafene

Oltre a Fraunhofer IAF, altri due Istituti Fraunhofer sono a bordo della nave ammiraglia Graphene, che comprende 142 organizzazioni di 23 paesi:il Fraunhofer Institute for Systems and Innovation Research ISI, così come l'Istituto Fraunhofer per la tecnologia chimica ICT. I ricercatori del Fraunhofer ICT stanno lavorando a un ulteriore metodo di produzione su larga scala ed efficiente in termini di costi per il grafene, sotto forma di scaglie di grafene. Gli esperti di grafene del Fraunhofer ISI, d'altra parte, sviluppare roadmap tecnologiche e applicative strategiche per tutti i partner del consorzio e l'intera comunità del grafene. Le tabelle di marcia servono per una migliore valutazione di importanti unità driver del grafene per i continui sviluppi del grafene e per i campi di applicazione futuri. Inoltre, Dott. Thomas Reiss, capo del Centro di competenza Nuove Tecnologie presso Fraunhofer ISI, è stato eletto membro del Consiglio Direttivo della Graphene Flagship.

Al fine di rendere il grafene accessibile al mercato europeo, l'Unione europea promuove le università, enti di ricerca e imprese con un budget di finanziamento complessivo di un miliardo di euro. (graphene-flagship.eu/" target="_blank"> grafene-flagship.eu/)