Per creare il nuovo foglio conduttivo, un team guidato dalla RMIT University ha utilizzato una comune pellicola sottile presente negli schermi touch dei telefoni cellulari, riducendola da 3D a 2D tramite la chimica dei metalli liquidi. I fogli nanometrici sono facilmente compatibili con le tecnologie elettroniche esistenti e, grazie alla loro incredibile flessibilità, potrebbero essere prodotti tramite un processo roll-to-roll (R2R), in modo simile a un giornale. La ricerca, condotta in collaborazione con UNSW, Monash University e l'ARC Centre of Excellence in Future Low-Energy Electronics Technologies (FLEET), è stata pubblicata sulla rivista Nature Electronics. Il ricercatore principale, il dottor Torben Daeneke, afferma che la maggior parte degli schermi touch dei telefoni cellulari è realizzata con un materiale trasparente, l'ossido di indio-stagno, che è altamente conduttivo ma anche molto fragile.
"Abbiamo preso un vecchio materiale e lo abbiamo trasformato dall'interno verso l'esterno per creare una nuova versione estremamente sottile e flessibile", afferma Daeneke, ricercatore DECRA presso l'Australian Research Council e docente presso la RMIT. "È possibile piegarlo, ripiegarlo e produrlo in modo molto più economico ed efficiente rispetto al metodo lento e costoso attualmente utilizzato per la realizzazione dei touchscreen. La torsione bidimensionale lo rende anche più trasparente, consentendo il passaggio di una maggiore quantità di luce. Ciò significa che un telefono cellulare con un touchscreen realizzato con il nostro materiale consumerebbe meno energia, prolungando la durata della batteria di circa il 10%.".
Fai da te: un touchscreen che puoi realizzare in casa
L'attuale metodo di produzione del materiale trasparente a film sottile utilizzato nei touchscreen standard è un processo a lotti lento, ad alta intensità energetica e costoso, eseguito in una camera a vuoto. "Il bello è che il nostro approccio non richiede attrezzature costose o specializzate; potrebbe persino essere realizzato in una cucina domestica", afferma Daeneke. "Abbiamo dimostrato che è possibile creare componenti elettronici stampabili più economici utilizzando materiali reperibili in qualsiasi ferramenta, stampando su plastica per realizzare i touchscreen del futuro.".
Spesso e sottile: come trasformare un vecchio materiale in uno nuovo
Per creare il nuovo tipo di ossido di indio-stagno (ITO) a spessore atomico, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica di stampa a metallo liquido. Una lega di indio-stagno viene riscaldata a 200 °C, dove diventa liquida, e poi stesa su una superficie per stampare fogli sottilissimi di ossido di indio-stagno. Questi nanofogli bidimensionali hanno la stessa composizione chimica dell'ITO standard, ma una diversa struttura cristallina, che conferisce loro nuove proprietà meccaniche e ottiche. Oltre ad essere completamente flessibile, il nuovo tipo di ITO assorbe solo lo 0,7% della luce, rispetto al 5-10% del vetro conduttivo standard. Per aumentarne la conduttività elettronica, è sufficiente aggiungere altri strati. "Si tratta di un approccio pionieristico che risolve una sfida che si riteneva insormontabile", afferma Daeneke.
"Non c'è altro modo per rendere questo materiale completamente flessibile, conduttivo e trasparente, se non con il nostro nuovo metodo a metallo liquido", afferma. "Fino ad ora, era impossibile; si dava per scontato che non si potesse fare.".
Brevetto in corso di registrazione: portare la tecnologia sul mercato
Il team di ricerca ha ora utilizzato il nuovo materiale per creare un touchscreen funzionante come prova di concetto e ha depositato una domanda di brevetto per la tecnologia. Il materiale potrebbe essere utilizzato anche in molte altre applicazioni optoelettroniche, come LED e touchscreen, nonché potenzialmente in future celle solari e finestre intelligenti. "Siamo entusiasti di poter esplorare opportunità di collaborazione commerciale e lavorare con i settori pertinenti per portare questa tecnologia sul mercato", afferma Daeneke.
I ricercatori ringraziano per il supporto ricevuto la RMIT Microscopy and Microanalysis Facility (RMMF), la MicroNano Research Facility (MNRF) della RMIT, la National Computational Infrastructure National Facility, il Pawsey Supercomputer Center e il Melbourne Centre for Nanofabrication (MCN) presso il nodo vittoriano dell'Australian National Fabrication Facility (ANFF).
Lo studio "Liquid metal derived ultrathin, highly flexible printed two-dimensional ITO" con i primi autori Dr. Robi Datta e Dr. Nitu Syed è stato pubblicato su Nature Electronics (DOI: 10.1038/s41928-019-0353-8).
