Piccoli diamanti con un grande impatto industriale
L’UE ha finanziato il progetto CARBONNASA (Carbon-based nanomaterials and nanostructures for advanced sensing applications) tramite il programma internazionale di scambio Marie Curie per il personale di ricerca (IRSES). Il lavoro ha consentito di introdurre importanti abilità e competenze dalla Cina, dal Giappone e dagli Stati Uniti nei laboratori europei dotati delle infrastrutture adatte allo sfruttamento di tali risorse. Il progetto è stato concepito allo scopo di promuovere il trasferimento delle conoscenze relative ai nanomateriali che faciliteranno lo sviluppo di tecnologie e di dispositivi potenzialmente all’avanguardia attualmente non disponibili in Europa. Queste risorse trovano terreno fertile in numerosi settori, tra cui quello energetico, della biomedicina e della microelettronica. I ricercatori hanno concentrato le proprie energie sulla fabbricazione di film sottili di diamanti di elevata qualità, sia omoepitassiali (diamante su un substrato di diamante), sia eteroepitassiali (diamante su un altro substrato). Grazie all’utilizzo di tecniche di irradiazione con laser a femtosecondi, il gruppo di lavoro ha dimostrato per la prima volta la possibilità di creare canali microfluidici su un substrato di diamanti monocristallino e biocompatibile. Questa ricerca pionieristica è stata pubblicata nella rivista Applied Physics Letters. CARBONNASA ha anche sintetizzato nuove nanofibre di carbonio che possono essere utilizzate per agevolare la crescita delle ossa e la ricerca sulla resistenza agli antimicrobici. Le caratteristiche di luminescenza di certe fibre sono anche molto interessanti per le applicazioni in optoelettronica. Le eccezionali caratteristiche chimiche superficiali e meccaniche dei diamanti sono state sfruttate per lo sviluppo di dispositivi per il rilevamento della pressione. I ricercatori sono riusciti a sviluppare un transistor a effetto di campo semiconduttore isolante piezoelettrico metallico, un dispositivo microelettromeccanico ad alta sensibilità per il rilevamento della pressione a temperature elevate. Numerosi difetti puntuali nei diamanti, accuratamente esplorati per le loro proprietà fotoluminescenti, possono essere trasformati in emettitori quantistici. Il team ha costruito nanostrutture di diamanti di diametro diverso e forme top end con centri di vacanza dell’azoto integrati. Questi difetti puntuali emettevano singoli fotoni in modo 10 volte più efficiente. Un’altra area di sviluppo consisteva nell’utilizzo dei nanomateriali nel settore delle batterie al litio. Gli scienziati hanno dimostrato importanti miglioramenti in termini di prestazioni e di proprietà di immagazzinamento attraverso l’utilizzo di un’ampia varietà di materiali di nuova fabbricazione. I numerosissimi progressi hanno condotto alla pubblicazione di quattro nuove pubblicazioni. CARBONNASA è stato un progetto di scambio per il personale di ricerca intercontinentale e multidisciplinare che ha condotto a nuovi straordinari sviluppi nel campo dei nanomateriali e dei dispositivi a base di carbonio di prossima generazione. I risultati del progetto dovrebbero avere un impatto determinante su numerosi ambiti, tra cui quello della biomedicina, delle nanotecnologie, dell’optoelettronica, dei sensori e dell’energia. I percorsi formativi sul piano tecnologico e l’ampio campo di applicazione del progetto promuoveranno il passaggio dell’UE verso un’economia basata sulla conoscenza.
Parole chiave
Diamanti, CARBONNASA, nanomateriali a base di carbonio, nanostrutture, applicazioni di rilevamento
