Poiché la domanda mondiale di dispositivi elettronici continua a crescere, così anche la tensione sulle risorse limitate utilizzate nella loro produzione, come metalli e combustibili fossili. Nel tentativo di fornire alternative rinnovabili, ricercatori dell'Università di Osaka hanno sviluppato un materiale in nanocarbonio per applicazioni elettroniche a base di chitina derivata da gusci di granchio. I loro risultati sono stati pubblicati in Journal of Materials Chemistry C .

I materiali al nanocarbonio mostrano una significativa promessa per l'uso nei dispositivi elettronici. In particolare, quelli con strutture porose tridimensionali (3D) forniscono reti efficienti per il trasporto di carica, elettroliti e reagenti. Il flusso attraverso queste reti può essere ulteriormente migliorato con l'aggiunta di imperfezioni, note come difetti, sotto forma di atomi diversi, come l'azoto.

Sforzi per utilizzare sia polimeri sintetici che biomassa per preparare nanocarbonio poroso 3D con difetti, hanno portato a un rilevamento efficace, stoccaggio di energia, e materiali per elettrocatalisi. Però, molti di questi sono costituiti da risorse non rinnovabili o richiedono più passaggi per preparare la rete e introdurre i difetti.

I ricercatori hanno quindi sviluppato materiali nanocarbonici difettosi porosi 3D attraverso la semplice pirolisi, o decomposizione termica, della carta in nanofibra di chitina. La chitina è un biopolimero che è il componente principale dei gusci dei crostacei. Poiché la struttura della chitina contiene atomi di azoto, agisce come una propria fonte di difetti e non sono richiesti passaggi di doping.

"Siamo stati in grado di controllare varie proprietà dei materiali finali di nanocarbonio pirolizzando la carta in nanofibra di chitina a diverse temperature, " dice il primo autore dello studio Luting Zhu. "La struttura dei pori, una specifica area di superficie, e resistività elettrica tutto variato con la temperatura di pirolisi, fornendoci un mezzo utile per mettere a punto il materiale per applicazioni specifiche."

Le carte in nanofibra di chitina pirolizzate sono state utilizzate con successo come fotosensori, mostrando una resistenza inferiore quando esposte alla luce. Hanno anche dimostrato di essere efficaci elettrodi supercondensatori (componenti elettrici in grado di immagazzinare carica elettrica in un campo elettrico), con capacità specifica più elevata rispetto a molti altri materiali di nanocarbonio segnalati fino ad oggi, indicando il loro potenziale per l'uso nell'accumulo di energia.

"Per tradurre i risultati di laboratorio in prodotti che abbiano un impatto significativo nel mondo reale è importante ottimizzare i processi, ecco perché siamo entusiasti del nostro semplice trattamento di pirolisi, ", spiega l'autore corrispondente dello studio Hirotaka Koga. "Inoltre, il nostro uso efficace di una risorsa rinnovabile che è generalmente considerata un prodotto di scarto dimostra la fattibilità dell'elettronica sostenibile".