Dall'inchiostro di pennarello nasce un circuito elettrico

AGI – È il primo caso di circuito elettrico creato utilizzando un semplice pennarello e un raggio laser. Materiali semplici e sostenibili per generare applicazioni innovative su qualsiasi superficie, come ad esempio una tazzina di caffè. Un gruppo di ricerca coordinato da Francesco Greco, professore associato di bioingegneria della Scuola Superiore Sant'Anna di Pisa, ha trasformato l'inchiostro di un pennarello rosso in un circuito elettrico a base di grafene. Lo studio, pubblicato sulla rivista scientifica Advanced Science, ha visto la collaborazione tra la Scuola Sant'Anna, Graz University of Technology, CSGI - Center for Colloid and Surface Science, Università degli Studi di Firenze e Istituto Italiano di Tecnologia.

Il passaggio da inchiostro a grafene

"Il passaggio di un raggio laser sull'inchiostro lo trasforma in una forma di carbonio poroso e conduttivo che viene chiamato grafene indotto dal laser (detto LIG: Laser Induced Graphene in inglese). Finora si credeva che fosse possibile ottenere questo LIG solo da certi particolari materiali plastici e polimeri, e questo era un po' limitante in termini di applicazioni. Un inchiostro o una vernice, invece, hanno la caratteristica di poter essere usati facilmente e ovunque, come copertura di altri oggetti. Rappresentano inoltre una alternativa economicamente vantaggiosa", dichiara Francesco Greco.

Il ruolo dell'Eosina: il segreto del pennarello rosso

Un banale pennarello rosso, di quelli che si comprano nelle cartolerie e vengono usati per scrivere sulle lavagne. Da questo oggetto di uso quotidiano è nato lo studio pubblicato su Advanced Science, nell'ambito del progetto europeo 5DNanoprinting. Questo pennarello rosso contiene infatti uno specifico colorante, chiamato Eosina, che ha una struttura chimica simile a quella del grafene e ha un'alta stabilità alla temperatura. Il primo ad accorgersi delle caratteristiche particolari del colorante Eosina è stato Alexander Dallinger, post-doc presso l'Institute of Solid State Physics (University of Graz).

Alexander Dallinger ha osservato lo strano comportamento degli inchiostri quando irraggiati da un laser. "La scoperta iniziale è avvenuta in maniera fortuita. Stavo provando la scrittura laser su altri materiali, senza successo: nessuno veniva trasformato in grafene conduttivo. Su uno dei campioni avevo scritto con un pennarello rosso il suo nome per riconoscerlo. Per errore (o per fortuna) il raggio laser è passato sopra la scritta: proprio in quel punto ho visto apparire una traccia nera, indicativa della trasformazione in grafene. Incuriosito, l'ho subito analizzata: la traccia era conduttiva e si trattava proprio di grafene! Da lì sono nate numerose domande: di cosa è fatto l'inchiostro di quel pennarello? Perché quel pennarello funziona e altri no? Qual è l'ingrediente segreto?", spiega Alexander Dallinger.

L'approccio 'Paint & Scribe': un circuito su qualsiasi superficie

Per trasformare il colore in un circuito, i primi passi compiuti dal gruppo di ricerca sono stati definire il disegno del circuito elettronico su un computer e tracciare il colore su una superficie a scelta (può essere un foglio, una tazzina di caffè o degli occhiali, per esempio). Una volta definite queste azioni, una macchina laser ha tracciato sulla superficie colorata il disegno realizzato al computer. Sotto l'effetto dell'esposizione al laser, il colorante Eosina si è trasformato chimicamente in grafene, ovvero in un materiale conduttivo. "Questo approccio, denominato 'Paint & Scribe' integra su qualsiasi superficie un circuito elettrico a base di grafene, indotto da un laser: si colora un oggetto, poi ci si passa sopra il laser e si ottiene un circuito. È un sistema innovativo considerando che, finora, i circuiti elettrici a base di grafene venivano ottenuti solo su precursori polimerici", continua Francesco Greco.

Pisa-Firenze-Graz: il triangolo dell'innovazione

Un ruolo fondamentale nello studio lo hanno avuto anche Rodorico Giorgi e Rachel Camerini, rispettivamente professore associato e post-doc presso il Dipartimento di Chimica 'Ugo Schiff' dell'Università degli Studi di Firenze e il CSGI - Center for Colloid and Surface Science. La loro esperienza nel campo dei colori e della chimica dei pigmenti è stata centrale per analizzare la composizione degli inchiostri e individuare i coloranti responsabili della formazione di grafene. "Ci occupiamo di Beni Culturali, studiamo la materia e le sue trasformazioni. È sorprendente come la conoscenza delle proprietà di coloranti organici si riveli improvvisamente la chiave per interpretare un fenomeno mai visto prima. Conosci tante cose ma non riesci a spiegare tutto. Poi un bel giorno metti insieme due pezzi di un puzzle e fai un passo avanti. È il bello della scienza!", spiega Rodorico Giorgi.

Le possibili applicazioni future

"Credo che il nostro studio sia un esempio di come la curiosità scientifica (in primis quella di Alexander Dallinger