I ricercatori dell'ETH di Zurigo hanno prodotto elettrodi trasparenti da utilizzare nei touchscreen utilizzando un nuovo processo di nanostampa. I nuovi elettrodi sono tra i più trasparenti e conduttivi che siano mai stati sviluppati.

Dagli smartphone alle interfacce operative delle biglietterie automatiche e degli sportelli bancomat, ogni touchscreen che utilizziamo richiede elettrodi trasparenti:la superficie in vetro dei dispositivi è rivestita con un motivo appena visibile in materiale conduttivo. È per questo motivo che i dispositivi riconoscono se e dove esattamente un dito sta toccando la superficie.

Ricercatori sotto la direzione di Dimos Poulikakos, Professore di Termodinamica, hanno ora utilizzato la tecnologia di stampa 3D per creare un nuovo tipo di elettrodo trasparente, che assume la forma di una griglia fatta di "nanopareti" d'oro o d'argento su una superficie di vetro. Le pareti sono così sottili che difficilmente si vedono ad occhio nudo. È la prima volta che gli scienziati hanno creato nanowall come questi utilizzando la stampa 3D. I nuovi elettrodi hanno una conducibilità maggiore e sono più trasparenti di quelli in ossido di indio e stagno, il materiale standard utilizzato oggi negli smartphone e nei tablet. Questo è un chiaro vantaggio:più gli elettrodi sono trasparenti, migliore è la qualità dello schermo. E più sono conduttivi, più rapidamente e precisamente il touchscreen funzionerà.

Terza dimensione

"Si usa l'ossido di indio-stagno perché il materiale ha un grado di trasparenza relativamente alto e la produzione di strati sottili è stata ben studiata, ma è solo moderatamente conduttivo, "dice Patrik Rohner, uno studente di dottorato nel team di Poulikakos. Per produrre elettrodi più conduttivi, i ricercatori dell'ETH hanno optato per oro e argento, che conducono l'elettricità molto meglio. Ma poiché questi metalli non sono trasparenti, gli scienziati hanno dovuto fare uso della terza dimensione. Il professore dell'ETH Poulikakos spiega:"Se si desidera ottenere un'elevata conduttività e trasparenza nei fili realizzati con questi metalli, hai un conflitto di obiettivi. Man mano che l'area della sezione trasversale dei fili d'oro e d'argento cresce, la conducibilità aumenta, ma la trasparenza della griglia diminuisce."

La soluzione era utilizzare pareti metalliche spesse solo da 80 a 500 nanometri, che sono quasi invisibili se visti dall'alto. Perché sono da due a quattro volte più alti di quanto non siano larghi, l'area della sezione trasversale, e quindi la conducibilità, è sufficientemente alto.

Stampante a getto d'inchiostro con testina di stampa minuscola

I ricercatori hanno prodotto queste minuscole pareti metalliche utilizzando un processo di stampa noto come Nanodrip, che Poulikakos ei suoi colleghi hanno sviluppato tre anni fa. Il suo principio di base è un processo chiamato stampa a getto d'inchiostro elettroidrodinamico. In questo processo gli scienziati utilizzano inchiostri realizzati con nanoparticelle metalliche in un solvente; un campo elettrico estrae goccioline ultra-piccole dell'inchiostro metallico da un capillare di vetro. Il solvente evapora rapidamente, permettendo di costruire goccia a goccia una struttura tridimensionale.

La particolarità del processo Nanodrip è che le goccioline che fuoriescono dal capillare di vetro sono circa dieci volte più piccole dell'apertura stessa. Ciò consente di stampare strutture molto più piccole. "Immagina una goccia d'acqua che pende da un rubinetto chiuso. E ora immagina che un'altra minuscola gocciolina penda da questa goccia - stiamo solo stampando la minuscola gocciolina, " Spiega Poulikakos. I ricercatori sono riusciti a creare questa speciale forma di gocciolina bilanciando perfettamente la composizione dell'inchiostro metallico e il campo elettromagnetico utilizzato.

Produzione efficiente in termini di costi

La prossima grande sfida sarà ora quella di potenziare il metodo e sviluppare ulteriormente il processo di stampa in modo che possa essere implementato su scala industriale. Per realizzare questo, gli scienziati stanno lavorando con i colleghi della società spin-off dell'ETH, Scrona.

Non hanno dubbi sul fatto che una volta potenziato, la tecnologia porterà una serie di vantaggi rispetto ai metodi esistenti. In particolare, sarà probabilmente più efficiente in termini di costi, come stampa Nanodrip, a differenza della produzione di elettrodi all'ossido di indio-stagno, non richiede un ambiente camera bianca. I nuovi elettrodi dovrebbero anche essere più adatti a touchscreen di grandi dimensioni a causa della loro maggiore conduttività. E infine il processo è anche il primo che permette di variare l'altezza delle nanopareti direttamente durante la stampa, dice il dottorando dell'ETH Rohner.

Un'altra possibile applicazione futura potrebbe essere nelle celle solari, dove sono richiesti anche elettrodi trasparenti. Più sono trasparenti e conduttivi, più elettricità può essere sfruttata. E infine, gli elettrodi potrebbero anche svolgere un ruolo nell'ulteriore sviluppo del display curvo utilizzando la tecnologia OLED.