Nanowalls per smartphone

"L'ossido di indio-stagno viene utilizzato perché ha una trasparenza relativamente alta come materiale e la produzione degli strati è ben studiata, ma è solo moderatamente conduttivo", dice Patrik Rohner, dottorando del gruppo di Poulikakos. Per produrre elettrodi più conduttivi, i ricercatori del Fare all'ETH si sono concentrati sull'oro e sull'argento, che conducono molto meglio l'elettricità. Tuttavia, poiché questi metalli non sono trasparenti, gli scienziati hanno dovuto utilizzare la terza dimensione. Questo perché: "Se si vuole ottenere un'elevata conduttività e trasparenza allo stesso tempo con fili fatti di questi metalli, c'è un conflitto di obiettivi", spiega l'ETH professor Poulikakos. "Sebbene la conduttività aumenti all'aumentare della sezione trasversale dei fili d'oro e d'argento, la trasparenza della griglia diminuisce".

La soluzione è stata quella di pareti metalliche spesse da 80 a 500 nanometri, appena visibili se viste dall'alto. Poiché la loro altezza è da due a quattro volte superiore alla larghezza, la loro sezione trasversale e quindi la loro conduttività è sufficientemente elevata.

Stampante a getto d'inchiostro con testina di stampa minuscola

I ricercatori hanno prodotto queste piccole pareti metalliche utilizzando un processo di stampa - chiamato Nanodrip - che Poulikakos e i suoi collaboratori hanno sviluppato tre anni fa (vedi Articolo dell'ETH Life dal 31.05.2013). Il principio di base è la cosiddetta stampa a getto d'inchiostro elettro-idrodinamica. Gli scienziati utilizzano inchiostri composti da nanoparticelle metalliche in un solvente; un campo elettrico attira minuscole goccioline di inchiostro metallico da un capillare di vetro. Il solvente evapora rapidamente, consentendo di costruire una struttura tridimensionale goccia a goccia.

La particolarità del processo Nanodrip è che dal capillare di vetro si staccano gocce circa dieci volte più piccole dell'apertura del capillare. Ciò consente di stampare strutture molto più piccole. "Immaginate una goccia d'acqua che pende dal fondo di un rubinetto chiuso. E ora immaginate che ci sia un'altra minuscola goccia che pende dal fondo di questa goccia: noi stampiamo solo queste minuscole gocce", spiega Poulikakos. I ricercatori hanno ottenuto la forma speciale delle gocce ottimizzando la composizione dell'inchiostro metallico e il campo elettromagnetico utilizzato.

Produzione economicamente vantaggiosa

La prossima grande sfida sarà ora quella di scalare il metodo e sviluppare ulteriormente il processo di stampa in modo da poterlo utilizzare a livello industriale su larga scala. A questo scopo, gli scienziati stanno collaborando con i colleghi dello spin-off dell'ETH pagina esternaScrona insieme.

I ricercatori sono convinti che, se l'upscaling avrà successo, la tecnologia offrirà una serie di vantaggi rispetto ai metodi esistenti. In particolare, sarà probabilmente più conveniente perché, a differenza della produzione di elettrodi di ossido di indio-stagno, il processo Nanodrip non richiede una camera bianca. Inoltre, i nuovi elettrodi saranno probabilmente più adatti a touchscreen di grandi dimensioni, grazie alla loro maggiore conduttività. Infine, il loro processo è anche il primo in cui l'altezza delle nanopareti può essere variata direttamente durante la stampa, spiega il dottorando Rohner del Politecnico di Zurigo.

Una possibile applicazione futura potrebbe essere quella delle celle solari, che richiedono anche elettrodi trasparenti. Più questi sono trasparenti e conduttivi, più elettricità può essere generata. Inoltre, gli elettrodi potrebbero essere utilizzati anche per l'ulteriore sviluppo di schermi curvi con tecnologia OLED.