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Functionalized biopolymers for application in molecular electronics and in photonics

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DNA nel mondo della fotonica e dell'elettronica

Gli scienziati finanziati dall'UE stanno sviluppando biomateriali innovativi che eserciteranno un effetto molto importante sulle applicazioni elettroniche biodegradabili.

Energia

Con il progetto BIOMOLEC ("Functionalized biopolymers for application in molecular electronics and in photonics"), finanziato dall'UE, gli scienziati dei laboratori più prestigiosi d'Europa stanno eseguendo la funzionalizzazione e il doping di biopolimeri ben conosciuti come il DNA con cromofori fotoattivi, con l'obiettivo di sviluppare materiali con mobilità di carica controllabile e forti proprietà ottiche non lineari. I componenti del progetto hanno già sintetizzati cinque cromofori push-pull in una scala dell'ordine dei grammi per il doping dei biopolimeri. Dopo l'incorporazione in due diverse matrici di polimeri in film sottile (PMMA e DNA-CTMA), la valutazione ha riguardato le proprietà di luminescenza, in cui il DNA-CTMA ha mostrato la maggiore resa quantica. Il team ha preparato e sintetizzato tramite elettropolimerizzazione numerosi altri tipi di composti polimero-DNA. Il DNA-CTMA è risultato più elettroattivo, con un livello capacitativo del doppio strato tre volte maggiore di quello di un polimero puro. Le proprietà di conduzione del DNA con mobilità controllata della carica rendono questi materiali polimerici estremamente utili per le applicazioni di elettronica molecolare, in particolare per i transistor ad effetto di campo. Per creare nanorod e nanofili, gli scienziati hanno utilizzato il metodo idrotermico, che fornisce strutture altamente cristalline. I nanorod sono stati depositati sui substrati mediante una tecnica di rivestimento a rotazione, che ha permesso di ottenere una copertura relativamente omogenea della superficie senza ricorrere alla segregazione. In tal modo, è stato possibile osservare i processi di ossidazione e riduzione (perdita e guadagno di elettroni) che si verificano nel rivestimento. Poiché esercitano un impatto consistente sulle proprietà fotorifrattive dei sistemi organici coniugati, i nano-oggetti possono modificare le proprietà ottiche non lineari dei sistemi. Questi dati sono importanti per il rafforzamento dei materiali a matrice inorganica e per la creazione di un nuovo metodo senza contatto per l'orientamento verticale delle molecole di cristalli liquidi nei dispositivi di visualizzazione. Le informazioni raccolte dal progetto sono importanti per settori estremamente diversi tra loro, dall'elaborazione dei segnali ottici, all'elettronica molecolare, fino alla conversione dell'energia solare. Lo sviluppo di nuovi materiali e della conoscenza dei materiali biodegradabili e rinnovabili è destinato a diventare sempre più importante, tanto che il 21mo secolo è considerato da molti il secolo della fotonica.

Parole chiave

Biopolimeri, DNA, fotonica, elettronica molecolare, doping, cromofori, mobilità delle cariche, ottica non lineare, matrici polimeriche, resa quantica, transistor ad effetto di campo, rivestimento per rotazione, fotorefrattivo, conversione di energia

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