Le molecole d'acqua distorcono la resistenza elettrica del grafene, ma un team di ricercatori europei ha scoperto che quando questo materiale bidimensionale viene integrato con il metallo di un circuito, la resistenza al contatto non è compromessa dall'umidità. Questa scoperta aiuterà a sviluppare nuovi sensori con una significativa riduzione dei costi.

Le molteplici applicazioni del grafene, un foglio atomicamente sottile di atomi di carbonio con straordinarie conducibilità e proprietà meccaniche, includere la produzione di sensori. Questi trasformano i parametri ambientali in segnali elettrici che possono essere elaborati e misurati con un computer.

Grazie alla loro struttura bidimensionale, i sensori a base di grafene sono estremamente sensibili e promettono buone prestazioni a bassi costi di produzione nei prossimi anni.

Per realizzare questo, il grafene deve creare contatti elettrici efficienti quando integrato con un circuito elettronico convenzionale. Tali contatti corretti sono cruciali in qualsiasi sensore e influiscono in modo significativo sulle sue prestazioni.

Ma sorge un problema:il grafene è sensibile all'umidità, alle molecole d'acqua nell'aria circostante che vengono adsorbite sulla sua superficie. Le molecole di H2O modificano la resistenza elettrica di questo materiale di carbonio, che introduce un falso segnale nel sensore.

Però, Scienziati svedesi hanno scoperto che quando il grafene si lega al metallo dei circuiti elettronici, la resistenza di contatto (la parte della resistenza totale di un materiale dovuta a un contatto imperfetto all'interfaccia) non è influenzata dall'umidità.

"Questo semplificherà la vita ai progettisti di sensori, poiché non dovranno preoccuparsi dell'umidità che influenza i contatti, solo l'influenza sul grafene stesso, " spiega Arne Quellmalz, un dottorato di ricerca studente al KTH Royal Institute of Technology (Svezia) e principale ricercatore della ricerca.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Materiali e interfacce applicati ACS , è stato effettuato sperimentalmente utilizzando grafene insieme a metallizzazione d'oro e substrati di silice in strutture di prova del modello di linea di trasmissione, oltre a simulazioni al computer.

"Combinando il grafene con l'elettronica convenzionale, puoi sfruttare sia le proprietà uniche del grafene che il basso costo dei circuiti integrati convenzionali", afferma Quellmalz, "Un modo per combinare queste due tecnologie è posizionare il grafene sopra l'elettronica finita, piuttosto che depositare il metallo sopra il foglio di grafene."

Nell'ambito del progetto europeo CO2-DETECT, gli autori stanno applicando questo nuovo approccio per creare i primi prototipi di sensori a base di grafene. Più specificamente, lo scopo è misurare l'anidride carbonica (CO ₂ ), il principale gas serra, mediante rilevamento ottico della luce nel medio infrarosso e a costi inferiori rispetto ad altre tecnologie.