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I semiconduttori a base di carta aiutano la spinta verso l'elettronica sostenibile

Timestamp: 23 maggio 2022 12:00

Un nuovo semiconduttore a base di carta potrebbe annunciare l’avvento di un’elettronica sostenibile realizzata interamente con materiali di origine vegetale. Il materiale, sviluppato dai ricercatori delle università di Osaka, Tokyo, Kyushu e Okayama in Giappone, potrebbe essere utilizzato per realizzare sensori per dispositivi indossabili o come elettrodo in una cella a biocarburante a base di glucosio e potrebbe persino alimentare una piccola lampadina.

Guidati da Hirotaka Koga, i ricercatori hanno creato materiali semiconduttori con struttura a rete tridimensionale utilizzando nanofibre di cellulosa derivate dalla pasta di legno come elementi costitutivi. Il risultato è una carta semiconduttrice che potrebbe essere realizzata con superfici superiori a 20 cm di diametro.

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Secondo il team, la nuova nanocarta semiconduttrice di cellulosa (CNP) può essere adattata per una varietà di applicazioni. La carta stessa può essere modellata in diversi disegni e le proprietà di conduzione elettrica del materiale possono essere regolate da 1012 a 10-2 Ω cm – valori che superano quelli dei materiali semiconduttori 3D precedentemente riportati – modificando la concentrazione di portatori di carica (elettroni e lacune) in essi. Ciò significa che è adatto per l'uso in molti dispositivi, dai sensori del vapore acqueo agli elettrodi nelle celle a biocarburante enzimatiche.

nanosemiconduttore derivato dalla nanocellulosa
Il nanosemiconduttore derivato dalla nanocellulosa del legno con proprietà elettriche personalizzabili e strutture 3D. (Per gentile concessione: 2022 Koga et al. Semiconduttore di carta nanocellulosica con struttura di rete 3D e design transscala nano−micro−macro. ACS Nano)

Taglio piegatura carta

Koga e colleghi hanno fabbricato il loro semiconduttore di carta di nanocellulosa da una dispersione di nanocellulosa/acqua utilizzando una combinazione di tecniche di piegatura della carta (origami) e di taglio della carta (kirigami). Hanno inoltre applicato un trattamento con iodio al materiale per proteggerne la nanostruttura.

Per dimostrare le capacità del materiale, i ricercatori hanno fabbricato diverse strutture dalla forma diversa, tra cui un uccello e una scatola piegandoli e una mela e fiocchi di neve fustellando pezzi di carta. Hanno anche prodotto strutture più complesse utilizzando il taglio laser.

Il team afferma che le proprietà elettriche e chimiche del semiconduttore CNP potrebbero essere ulteriormente alterate modificando la sua struttura molecolare utilizzando tecniche come il doping con altre specie di atomi. "Perfetteremo ulteriormente le proprietà elettriche e chimiche del nuovo semiconduttore, nonché la sua struttura fine", afferma Koga Mondo della fisica.

Nel loro articolo, pubblicato in ACS Nano, i ricercatori affermano che il loro studio rappresenta una pietra miliare nella manipolazione della funzionalità e della praticità dei nanomateriali semiconduttori per varie applicazioni elettroniche. “Poiché tali semiconduttori CNP possono essere preparati da risorse biologiche abbondanti e onnipresenti, la nostra strategia potrebbe essere utilizzata per produrre elettronica sostenibile”, scrivono.

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