Il grafene per elettronica flessibile di grande superficie

Il grafene, elettricamente e termicamente conduttivo, ma anche trasparente, è stato isolato dalla grafite nel 2004. Sei anni più tardi, il lavoro ha vinto un premio Nobel per la fisica, e le potenziali applicazioni di questo materiale continuano ad aumentare, apparentemente senza limiti.

L’UE sta sostenendo il progetto GLADIATOR (Graphene layers: Production, characterization and integration) allo scopo di facilitare la produzione su scala industriale di fogli di grafene meno costosi, di qualità superiore e con area maggiore. Ciò renderà il grafene un’importante alternativa al costoso strato ITO per elettrodi trasparenti, il cui mercato,secondo le previsioni, raggiungerà oltre 11 milioni di dollari nel 2016.

La deposizione in fase di vapore di elementi chimici (CVD, chemical vapour deposition) costituisce forse il metodo migliore per produrre grafene, ma una produzione affidabile di grandi volumi di grafene non drogato e di alta qualità è ancora problematica. La deposizione in fase di vapore di elementi chimici svolge un ruolo critico. Entro il primo anno, il team ha ottimizzato i catalizzatori e ha incrementato la copertura del catalizzatore relativa al substrato. Inoltre, gli scienziati hanno dimostrato la possibilità di riutilizzare i costosi catalizzatori di rame per cinque volte nel processo di trasferimento, senza alcun effetto sulla qualità del grafene ottenuto. Tale tecnica ecologica per ridurre al minimo l’utilizzo delle risorse naturali è stata brevettata.

I ricercatori hanno inoltre svolto importanti progressi aumentando la conducibilità del grafene mediante drogatura dall’esterno. Oltre a ciò, sono stati svolti eccellenti progressi migliorando il substrato e le proprietà barriera al fine di evitare danni dovuti ad acqua e umidità per l’elettronica flessibile e trasparente di grande superficie, come per esempio i diodi organici emettitori di luce.

Una delle sfide principali con il metodo CVD è quella di separare il grafene dal substrato successivamente alla crescita, in particolare per le grandi superfici. Gli scienziati hanno già abbassato il tempo medio di un ordine di grandezza per i fogli di grandi dimensioni e stanno studiando il potenziale di rimuovere fogli più piccoli e ricollegarli per formare un ”mosaico” di grafene.

Uno strumento CVD in linea per il monitoraggio dei processi in grado di valutare le proprietà sia ottiche che elettriche è in fase di sviluppo e sarà integrato dalla tecnologia per la valutazione delle proprietà elettriche successivamente al trasferimento dal substrato. Il team ha già eseguito prove di tossicità in vitro e sta attualmente completando i test in vivo con risultati promettenti.

Il consorzio GLADIATOR, composto da 16 partner, ha raggiunto la massa critica per sviluppare una tecnologia in grado di migliorare la produzione di grafene. Il progetto ha già prodotto un brevetto e numerose pubblicazioni di alto profilo. Il potenziale impatto socio-economico potrebbe essere enorme.