Arriva la luce 'verde', ecologica ed efficiente, grazie a dendrimeri, cellulosa e grafene

L'elettroluminescenza (il fenomeno per cui un materiale emette luce in risposta al passaggio di una corrente elettrica) e i materiali che la massimizzano sono oggetto di continuo studio e miglioramento dal momento che, nell'era moderna, questa tecnologia è utilizzata costantemente.

Non stupisce, quindi, che la ricerca del settore si sia a sua volta interrogata sulla possibilità di creare un materiale efficiente ed ecologico, trovando la soluzione in una cella elettrochimica composta da dendrimeri [ndr, una classe di composti macromolecolari polimerici monodispersi, ovvero costituiti da una sola specie chimica], cellulosa e grafene.

A fare la sensazionale scoperta, che secondo gli esperti potrebbe portare a "una nuova era nell'illuminazione" è stato un gruppo di ricerca composto da scienziati giapponesi, facenti capo all'Università di Kyushu, e tedeschi, provenienti dall'Albrecht Lab.

Il team ha sviluppato celle elettrochimiche ecologiche che emettono luce utilizzando nuove molecole chiamate dendrimeri combinate con elettroliti derivati dalla biomassa ed elettrodi a base di grafene.

I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Advanced Functional Materials, col titolo "Dendri-LEC Family: Establishing the Bright Future for Dendrimer Emitters in Traditional and Graphene-Based Light-Emitting Electrochemical Cells".

"Uno di questi esempi di tecnologia emergente sono le 'celle elettrochimiche a emissione di luce' o 'LEC' ", ha spiegato il professore associato Ken Albrecht dell'Istituto di chimica e ingegneria dei materiali dell'Università di Kyushu e uno dei responsabili dello studio. "Queste ultime hanno attirato l'attenzione per via della loro competitività, in termini di costi, rispetto ai diodi organici a emissione di luce, o OLED. Un altro motivo della popolarità dei LEC è la loro struttura semplificata".

I dispositivi OLED generalmente richiedono un'attenta e precisa stratificazione di più pellicole organiche, il che rende la loro produzione complicata e costosa; i LEC, al contrario, possono essere realizzati con un singolo strato di pellicola organica miscelato con materiali che emettono luce e un elettrolita, e in più hanno una tensione di pilotaggio inferiore, il che significa che consumano meno energia.

Dendrimeri di seconda generazione con gruppi tert-butile (a sinistra) e metossi (a destra) applicati a celle elettrochimiche a emissione di luce (LEC). La durata dei dispositivi LEC che utilizzano dendrimeri con gruppi metossi idrofili (a destra) è più di 10 volte superiore a quella dei dendrimeri idrofobi - Credits to Kyushu University

Inoltre, l'elettrodo utilizzato può anche essere realizzato con materiali economici, a differenza dei metalli rari o pesanti in uso negli OLED.

"I nostri gruppi di ricerca hanno esplorato nuovi materiali organici che potessero venire utilizzati nei LEC. Uno di questi candidati si sono rivelati essere i dendrimeri", ha spiegato il prof. Rubén D. Costa dell'Università tecnica di Monaco, che ha guidato il gruppo di ricerca in Germania. "Queste sono molecole polimeriche simmetriche ramificate la cui struttura unica ha portato alla loro utilità in tutto, dalla medicina ai sensori, e ora anche nell'ottica".

Il team di ricerca ha iniziato a modificare i propri materiali per i LEC partendo dalle ricerche precedenti:

"Il dendrimero che abbiamo sviluppato inizialmente aveva gruppi molecolari idrofobi, o idrorepellenti. Sostituendoli con gruppi idrofili, o di gradimento dell'acqua, abbiamo scoperto che la durata del dispositivo LEC potrebbe essere estesa a oltre 1000 ore, più di 10 volte da l'originale", ha spiegato Albrecht "Ciò ha reso la nostra cella ancora più efficiente e duratura; inoltre, grazie alla nostra collaborazione con il team del Dr. Costa, il dispositivo è anche molto ecologico".

Il team tedesco guidato dal Dr Costa ha infatti alle spalle diversi anni di lavoro sullo sviluppo di materiali più economici e più rispettosi dell'ambiente da utilizzare nei dispositivi che sfruttano l'elettroluminescenza.

Un materiale su cui sono stati fatti numerosi test è l'acetato di cellulosa, un composto organico comune e largamente utilizzato in diversi casi d'uso, dalle fibre dei vestiti alle montature degli occhiali.

"Abbiamo utilizzato l'acetato di cellulosa derivato da biomassa come elettrolita nel nostro nuovo dispositivo LEC ricevendo conferma circa la sua lunga durata", ha illustrato Costa. "Inoltre, abbiamo anche scoperto che anche il grafene può essere utilizzato a sua volta come elettrodo. Questo è un passo fondamentale verso la realizzazione di dispositivi flessibili che emettono luce utilizzando materiali ecologici".

Il team spiega che sebbene il loro lavoro sia promettente, sono necessarie ulteriori ricerche prima che i dispositivi possano essere immessi sul mercato.

"La nostra cella si illumina solo in giallo, quindi dobbiamo svilupparla per illuminare nei tre colori primari della luce: blu, verde e rosso. Anche l'efficienza della luminescenza, ovvero quanto è brillante la luce, necessita di lavoro", ha concluso Albrecht. "Sebbene, grazie alla nostra collaborazione internazionale, il futuro sia già più luminoso".