Un obiettivo chiave per la tecnologia moderna è sostituire i metalli con materiali più leggeri, più economici e meno energivori. Questo obiettivo di "sostituzione del metallo" è già ben consolidato per applicazioni strutturali nel settore aeronautico e automobilistico, dove la ricerca di maggiore efficienza e riduzione delle emissioni di CO2 sta spingendo verso l'uso di materiali a base di carbonio (ad esempio materiali compositi in fibra di carbonio e polimeri ad alte prestazioni), con la sostituzione fino al 50% delle parti metalliche del veicolo.

La sostituzione del metallo in applicazioni "funzionali", come cavi o componenti elettronici, è altrettanto importante a causa dell'enorme aumento recente dei rifiuti elettronici e della necessità di ridurre i problemi di gestione dei rifiuti associati ai metalli pesanti, che non vengono distrutti mediante incenerimento diventando inevitabilmente inquinanti atmosferici.

Con questi presupposti un team di ricerca guidato dal Cnr ha realizzato antenne in un materiale laminato di grafene per la comunicazione wireless ravvicinata, flessibili e più ecologiche di quelle standard in metallo. I risultati sono pubblicati su Materials Today.

Un’antenna a base di grafene flessibile e più ecologica di quelle in metallo disponibili oggi sul mercato. È quanto ha progettato e realizzato un team di ricercatori dell’Istituto per la Sintesi Organica e la Fotoreattività del Consiglio Nazionale delle Ricerche (Isof-Cnr) e Chalmers University of Technology in collaborazione con STMicroelectronics di Catania e Nokia Technologies. La soluzione sperimentata dagli scienziati è un altro passo verso l’utilizzo su larga scala del materiale delle meraviglie, e potrebbe facilitare la diffusione dell’elettronica basata sulla “comunicazione in prossimità” Near Field Communication (NFC), la tecnologia che consente a due dispositivi di connettersi in modalità wireless a breve raggio, e scambiare dati in modo sicuro e veloce. I risultati sono pubblicati su Materials Today.

La sostituzione dei metalli con materiali più leggeri, economici e a minore impatto ambientale è un obiettivo della tecnologia moderna e interessa anche l’elettronica di consumo. In quest’ottica, per realizzare le antenne, i ricercatori hanno utilizzato un materiale laminato di grafene (noto come G-paper), fabbricato comprimendo strati di scaglie di grafene.

“Abbiamo ottenuto alte prestazioni grazie all’intensa ottimizzazione dei dispositivi” – spiega Vincenzo Palermo di Isof-Cnr che ha coordinato lo studio – “Siamo partiti da un confronto sistematico e una selezione di diversi G-paper, sia prodotti in laboratorio che disponibili in commercio a basso costo e su larga scala. Con questi dati e la modellazione al computer è stato quindi scelto il design ottimale dell’antenna. Il progetto finale è stato poi laminato su vari substrati rigidi o flessibili, come plastica e carta, e su tessuti. Infine, e abbiamo verificato la performance dell’antenna che è stata in grado di scambiare dati con lettori NFC commerciali e con telefoni cellulari standard”.

Le antenne in G-paper potranno essere integrate facilmente in supporti come tessere, chiavi elettroniche, carte di sicurezza e anche dispositivi elettronici indossabili come braccialetti. Dopo centinaia di migliaia di cicli di piegatura ripetuti, le antenne hanno mostrato un calo trascurabile delle prestazioni poiché le singole placche di grafene scorrono facilmente una sull’altra senza perdere la forte connessione elettrica tra loro. Sono inoltre perfettamente compatibili con le tecnologie standard, e non richiedono particolari hardware e software per comunicare con altri dispositivi elettronici.

“I risultati ottenuti – conclude Alessandra Scidà di ISOF-CNR – dimostrano che queste antenne, grazie alle caratteristiche del materiale e alla tecnologia costruttiva, possono sostituire quelle di metallo, garantendo elevate prestazioni in termini di conduttività, ma con un consumo di energia inferiore e una maggiore compatibilità ambientale”.