Così il pennarello “scrive” il circuito elettrico a base di grafene
L’ultima frontiera in uno studio fra Pisa, Firenze e Austria
PISA. La scoperta iniziale è avvenuta praticamente per caso: il ricercatore prova la scrittura laser su alcuni materiali ma è un flop: nessuno viene trasformato in grafene conduttivo. Però una svista (e un po’ di fortuna) arriva in aiuto: «Su uno dei campioni avevo scritto con un pennarello rosso il suo nome per riconoscerlo. Per errore il raggio laser è passato sopra la scritta: proprio lì ho visto una traccia nera, segno che si è trasformata in grafene. L’ho subito analizzata: sì, si trattava proprio di grafene». Alexander Dallinger è uno studioso dell’équipe che coinvolge Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, Graz University of Technology, – Center for Colloid and Surface Science (Csgi), Istituto Italiano di Tecnologia e Università di Firenze: racconta com’è nata una scoperta che potrebbe aprire «nuovi scenari nel campo dell’elettronica», come dicono dalla sede del Sant’Anna.
Stiamo parlando del primo caso di circuito elettrico creato utilizzando «un semplice pennarello e un raggio laser», come viene spiegato dai ricercatori: «Materiali semplici e sostenibili per generare applicazioni innovative su qualsiasi superficie, come ad esempio una tazzina di caffè». La portata della novità la fa intuire Francesco Greco, professore associato di bioingegneria dell’istituto pisano e coordinatore del team: «Utilizzando materiali semplici e a basso costo, possiamo sviluppare su qualsiasi superficie applicazioni innovative come sensori fisici, chimici o ambientali».
Dallinger ricorda gli interrogativi che sono rimbalzati nella sua mente dopo aver visto l’effetto di quella traccia col pennarello: di cosa è fatto l’inchiostro di quel pennarello? perché quel pennarello funziona e altri no? Quale è “l’ingrediente segreto”? E così via: alla fine la ricerca su come trasformare l’inchiostro di un pennarello in un circuito elettrico a base di grafene l’hanno pubblicato su “Advanced Science”.
I ricercatori spiegano che finora si riteneva che il “grafene indotto dal laser” (Lig) potesse essere ottenuto solo da certi particolari materiali plastici e polimeri, «e questo era un po’ limitante in termini di applicazioni». Invece – viene messo in evidenza da Greco – un inchiostro o una vernice possono essere usati con facilità e ovunque come copertura di altri oggetti. Non soltanto: sono anche una alternativa economicamente vantaggiosa.
Tutto nasce da un pennarello rosso qualsiasi ma proprio qualsiasi: insomma, uno di quelli che si comprano in cartoleria e fa parte degli oggetti di uso quotidiano. È lui il protagonista dello studio che rientra nell’ambito del progetto europeo “5DNanoprinting”. Il colorante dentro il pennarello rosso è eosina: «Ha una struttura chimica simile a quella del grafene e ha un’alta stabilità alla temperatura», viene puntualizzato.
Per trasformare il colore in un circuito, – viene riferito dal Sant’Anna – si è inizialmente definito il disegno del circuito elettronico su un computer e tracciato il colore su una superficie a scelta. Cosa? «Un foglio, una tazzina di caffè o degli occhiali, per esempio», dicono i ricercatori. Con una macchina laser è stata tracciata sulla superficie colorata il disegno realizzato al computer: l’esposizione al laser ha avuto l’effetto di trasformare chimicamente il colorante (eosina) in grafene, cioè in un materiale conduttivo.
In questo modo – aggiunge Greco – su qualsiasi superficie si può creare un circuito elettrico a base di grafene, indotto da un laser: «Si colora un oggetto, poi ci si passa sopra il laser e si ottiene un circuito. È un sistema innovativo considerando che, finora, i circuiti elettrici a base di grafene venivano ottenuti solo su precursori polimerici».
Quali sono le possibili applicazioni? «Il nostro studio – dice il coordinatore – è un esempio di come la curiosità scientifica possa portare inaspettatamente a risvolti pratici e applicativi: in primis, la curiosità di Alexander, che per primo ha osservato lo strano comportamento dell’inchiostro, ma anche di tutti noi coinvolti nello studio. La ricerca non solo analizza perché solo alcuni coloranti sono adatti alla trasformazione in “Lig” ma vuole anche proporre questo metodo per la realizzazione di circuiti e sensori su qualsivoglia superficie».
Il prof. Greco la spiega così: «Sugli oggetti da “sensorizzare”, anziché montare dei circuiti o sensori (spesso pesanti, costosi, ingombranti), possiamo adesso pensare di “scriverli” direttamente dove serve. Questo potrà dare l’impulso ad applicazioni in moltissimi settori: l’elettronica stampabile, i sensori biomedici, la robotica, l’automazione, i sensori ambientali. Ci stiamo già occupando di alcune di queste applicazioni». Senza contare un altro aspetto: è stato avviato lo studio di altri coloranti derivati da materiali naturali, nell’ottica di realizzare elettronica “green”.
Lo studio pubblicato da “Advanced Science” nasce da una collaborazione sull’asse fra Pisa, Firenze e Graz: un ruolo fondamentale nell’indagine l’hanno avuta anche Rodorico Giorgi e Rachel Camerini, professore associato il primo e post-doc il secondo presso il Dipartimento di Chimica “Ugo Schiff” dell’Università di Firenze e il Center for Colloid and Surface Science (Csgi). La loro esperienza nel campo dei colori e della chimica dei pigmenti – viene rimarcato – è stata «centrale per analizzare la composizione degli inchiostri e individuare i coloranti responsabili della formazione di grafene».
«Ci occupiamo di beni culturali, studiamo la materia e le sue trasformazioni. È sorprendente come la conoscenza delle proprietà di coloranti organici si riveli improvvisamente la chiave per interpretare un fenomeno mai visto prima», afferma Giorgi: «Conosci tante cose ma non riesci a spiegare tutto. Poi un bel giorno metti insieme due pezzi di un puzzle e fai un passo avanti. È il bello della scienza…».
Il team coinvolto nello studio è composto da: Alexander Dallinger (TUGraz), Rachel Camerini (Csgi più Università di Firenze), Paola Parlanti (Istituto Italiano Tecnologia), Mauro Gemmi (Istituto Italiano Tecnologia), Sreenadh Thaikkattu Sankaran (Scuola Superiore Sant’Anna), Marina Galliani (Scuola Superiore Sant’Anna), Birgit Kunert (TUGraz), Rodorico Giorgi (Csgi più Università di Firenze), Francesco Greco (Scuola Superiore Sant’Anna).
