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Highly Conductive Graphene Ink

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Nuovo inchiostro di grafene amplia i limiti dello sviluppo dei prodotti

Qualche progetto europeo riesce a volte non solo a raggiungere gli obiettivi prefissati, ma anche a superarli. HIGRAPHINK è uno di questi. Il suo rivoluzionario inchiostro di grafene altamente conduttivo probabilmente diventerà di moda nelle applicazioni che spaziano dalla optoelettronica ai compositi, batterie e dispositivi OLED flessibili.

Tecnologie industriali

Inizialmente, il piano d’azione di HIGRAPHINK (Highly Conductive Graphene Ink) consisteva nel dimostrare l’applicabilità del grafene come additivo per materiali organici semiconduttori, per far funzionare display OLED (diodo organico a emissione di luce) come prova del concetto. Ma il progetto ha avuto talmente tanto successo nella creazione di grafene con proprietà in precedenza inimmaginabili che la sua istituzione ospitante, ovvero l’Università di Cambridge, ha deciso di seguire da vicino la sua preparazione per la commercializzazione. “Si è trattato probabilmente della sfida chiave che abbiamo affrontato in questo progetto,” ricorda il prof. Andrea Ferrari, direttore del Cambridge Graphene Centre e coordinatore del progetto. “A un certo punto avevamo deciso, sulla base dei passi in avanti compiuti, di concentrarci sugli aspetti relativi alla produzione del nostro inchiostro di grafene e di smettere di esaminare le altre opzioni di cui avevamo inizialmente discusso.” E chi può biasimarli. Appena due anni e mezzo dopo il lancio del progetto, sei mesi dopo la sua conclusione, HIGRAPHINK ha portato alla produzione di un materiale con una resa di esfoliazione pari al 100 %, invece della resa pari solo all’1 % che poteva essere ottenuta prima che il team del progetto iniziasse il proprio lavoro. Il nuovo inchiostro ha una mobilità 10 volte superiore a quella degli inchiostri usati adesso negli OLED. L’industria è adesso in grado di produrre decine di migliaia di litri all’anno, laddove poteva solo sperare in quantità nell’ordine dei milligrammi al giorno prima che i risultati di HIGRAPHINK entrassero in azione. “Per giungere a questo risultato, abbiamo iniziato con la grafite e usato una tecnica chiamata microfluidizzazione. Facciamo passare la grafite attraverso dei canali molto piccoli con una pressione tangenziale molto elevata, questa pressione molto alta suddivide i fiocchi di grafite, e noi otteniamo una resa di molti ordini di grandezza migliore rispetto a quella che la gente otteneva prima di questo progetto. Adesso abbiamo degli inchiostri che sono altamente conduttivi, con una bassa resistività di superficie, che possono essere stampati su una varietà di substrati con proprietà irraggiungibili prima dell’inizio del progetto.” Il team ha testato il nuovo materiale in vari dispositivi. Essi hanno creato in particolare dei laser ultraveloci incorporando l’inchiostro in dei polimeri, sopra a una fibra ottica. Essi hanno anche usato questo materiale per modulare la luce nella gamma terahertz, che è la prima fase per creare dei laser ultraveloci terahertz. Essi hanno creato dispositivi che possono essere commutati mediante luce, e persino nuovi dispositivi di memoria. “Siamo stati anche in grado di estendere questa tecnica ad altri materiali stratificati come ad esempio fosforene o nitruro di boro,” afferma con entusiasmo il prof. Ferrari. Di conseguenza, quando si parla di applicazioni, sembrerebbe che adesso il solo limite sia il cielo. HIGRAPHINK ha portato alla creazione di un’azienda spin-off chiamata Cambridge Graphene Ltd, che è stata di recente acquisita da Versarien – un’azienda del Regno Unito che sfrutta nuovi materiali per creare soluzioni di ingegneria innovative. Inoltre, il materiale può essere acquistato dal catalogo della Sigma-Aldrich, che ora appartiene alla Merck. “La nostra intenzione era quella di creare un grafene con proprietà abbastanza buone da essere usato nei transistor con una certa flessibilità. Anche questo risultato è stato raggiunto e adesso stiamo lavorando con un’azienda chiamata FlexEnable per integrare il nostro materiale nella progettazione di futuri display OLED,” aggiunge il prof. Ferrari. Anche se lo stesso professore di nanotecnologia dell’Università di Cambridge ammette che è difficile prevedere quale sarà l’applicazione di maggiore successo dell’inchiostro di grafene, egli afferma che l’applicazione finale potrebbe essere in dispositivi flessibili e piegabili, rivestimenti, compositi, sensori o dispositivi per l’accumulo di energia. “Siamo riusciti a sviluppare una nuova tecnica per creare grandi quantità di inchiostro di alta qualità. Questo significa che esiste il potenziale per settori impegnativi in applicazioni che spaziano dalle batterie ai supercondensatori, display, componenti elettronici flessibili, optoelettronica, compositi, rivestimenti o persino dispositivi medici. Non siamo limitati a un’area particolare,” afferma il prof. Ferrari. Una delle applicazioni in cui lui crede particolarmente è l’integrazione dell’inchiostro nelle batterie. Grazie a questo, potrebbero essere prodotte batterie potenziate con una densità di accumulo più elevata e maggiore riciclabilità. Questo processo di integrazione è di fatto già sulla buona strada: Anche se il prof. Ferrari afferma che è troppo presto per fornire maggiori informazioni, egli ha già ottenuto ulteriori finanziamenti per portare la tecnica di produzione di HIGRAPHINK nelle batterie.

Parole chiave

HIGRAPHINK, grafene, inchiostro, optoelettronica, batterie, OLED, FlexEnable, Cambridge Graphene, microfluidizzazione, laser ultraveloce

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