Un team di ricercatori dell'Instituto de Carboquímica del Consiglio nazionale delle ricerche spagnolo (CSIC) ha compiuto un notevole passo avanti nello sviluppo di dispositivi elettronici efficienti e sostenibili. Hanno trovato una combinazione speciale di due straordinari nanomateriali che si traduce con successo in un nuovo prodotto ibrido in grado di trasformare la luce in elettricità e viceversa, più velocemente dei materiali convenzionali.
La ricerca è pubblicata sulla rivista Chemistry of Materials .
Questo nuovo materiale è costituito da un polimero conduttivo unidimensionale chiamato politiofene, ingegnosamente integrato con un derivato bidimensionale del grafene noto come ossido di grafene. Le caratteristiche uniche esibite da questo materiale ibrido rappresentano un'incredibile promessa per migliorare l'efficienza dei dispositivi optoelettronici, come schermi di dispositivi intelligenti e pannelli solari, tra gli altri.
Il dottor Wolfgang Maser, ricercatore capo del progetto, spiega:"Attraverso la nostra strategia di sintesi, il polimero adotta una struttura particolare come nanoparticelle disperdibili in acqua, che favorisce un intimo contatto con i fogli di ossido di grafene". Questo contatto, a sua volta, porta a modifiche del comportamento elettrico all'interno del polimero, aumentandone significativamente l'efficienza elettrica.
La dott.ssa Ana Benito, co-responsabile ricercatrice del progetto e leader insieme alla dott.ssa Maser del gruppo Carbon Nanostructures and Nanotechnology (G-CNN), afferma:"Siamo rimasti particolarmente incuriositi dalle vantaggiose proprietà ottiche, elettriche ed elettrocromiche del politiofene . Sebbene generasse elettricità quando veniva illuminato ed emettesse luce quando veniva fornito di elettricità, la sua risposta era lenta."
"Dopo aver studiato approfonditamente l'ossido di grafene, un nanomateriale derivato dal grafene che ha proprietà uniche, è disperdibile in acqua e facile da produrre, il team ha ipotizzato che la combinazione dei due materiali avrebbe superato le limitazioni elettroniche intrinseche del polimero", sottolinea il dottor Maser. .
"Il nostro concetto originale era quello di modificare il politiofene, trasformandolo in piccole nanosfere chiamate nanoparticelle, che potevano essere facilmente combinate con l'ossido di grafene. Inoltre, questa metodologia ci ha permesso di lavorare in dispersioni acquose, cosa estremamente impegnativa con questo tipo di polimeri", sottolinea Dottor Benito.
"Inizialmente non abbiamo osservato alcun cambiamento nelle proprietà elettroniche del materiale. Tuttavia, analizzandolo in modo approfondito, abbiamo scoperto che i nuovi materiali facilitavano insoliti fenomeni di trasporto rapido degli elettroni, così rapidi che inizialmente non eravamo in grado di seguirli con le tecniche standard."
La collaborazione con ricercatori delle università di Murcia, Cartagena e Saragozza è stata fondamentale per confermare la rilevanza dei loro risultati.
Questa scoperta rivoluzionaria ha implicazioni significative per un'ampia varietà di applicazioni tecnologiche, inclusa la fabbricazione di schermi flessibili intelligenti, dispositivi elettronici portatili o carta elettronica altamente efficiente.
Eduardo Colom, l'autore principale dell'articolo che studia i materiali ibridi nel suo dottorato di ricerca. tesi, spiega, "I dispositivi costruiti con questo nuovo materiale mostrerebbero un'efficienza superiore, un peso ridotto, una maggiore flessibilità e una maggiore sostenibilità, il tutto grazie all'uso di materiali ecocompatibili con proprietà elettriche eccezionali."
Inoltre, questa innovazione potrebbe anche aumentare l'efficienza delle celle solari organiche catturando una maggiore quantità di luce solare in modo più efficiente ed economico.
Gli autori sottolineano inoltre:"Potremmo essere in grado di realizzare dispositivi elettronici più efficienti dal punto di vista energetico che consumano meno energia fornendo allo stesso tempo risposte più rapide. Questi risultati ci spingono verso un futuro basato su una tecnologia più avanzata e sostenibile."
La sintesi di questo nuovo materiale ibrido rappresenta un passo significativo verso la sostenibilità, poiché si basa sull’acqua come solvente, evitando l’uso di sostanze chimiche tossiche solitamente impiegate nelle metodologie attuali. Ciò potrebbe potenzialmente ridurre l'impatto ambientale associato alla produzione di dispositivi elettronici.
Inoltre, la strategia di sintesi impiegata potrebbe essere estesa ad altri polimeri conduttivi, favorendo così importanti implicazioni nelle applicazioni tecnologiche. Questa scoperta rappresenta un risultato importante nella progettazione sostenibile di nuove architetture per dispositivi optoelettronici ad alte prestazioni.
Il team di ricercatori del gruppo G-CNN si è concentrato negli ultimi tempi sulla creazione di nanomateriali altamente funzionali e sostenibili. Questi versatili nanomateriali trovano utilità in un'ampia gamma di applicazioni, che vanno dalla generazione di energie pulite, come l'idrogeno verde, alla catalisi, allo stoccaggio di energia o anche alla conservazione del patrimonio, allo sviluppo di (bio)sensori e al trattamento delle malattie.
Ulteriori informazioni: Eduardo Colom et al, Ossido di grafene:chiave per un'efficiente estrazione della carica e soppressione del trasporto polaronico negli ibridi con nanoparticelle di poli (3-esiltiofene), Chimica dei materiali (2023). DOI:10.1021/acs.chemmater.3c00008
Informazioni sul giornale: Chimica dei materiali
Fornito dal Consiglio Nazionale delle Ricerche spagnolo
