Lo sviluppo dell’elettronica organica è accelerato dalle potenzialità dei polimeri conduttori, materiali plastici resistenti e flessibili caratterizzati da una struttura chimica che consente la conduzione dell’elettricità.
Una ricercatrice italiana è prima autrice di uno studio scientifico che pone le basi per lo sviluppo di una tecnologia innovativa, in grado di trasformare i vestiti che indossiamo ogni giorno in generatori di elettricità, al servizio di dispositivi elettronici portatili come smartphone, monitor medicali, riproduttori audio-visuali, localizzatori satellitari ecc..
«I polimeri che utilizziamo sono flessibili, leggeri, atossici e facili da usare in forma liquida e solida – afferma Mariavittoria Craighero, dottoranda presso la Chalmers University of Technology a Göteborg (Svezia) -. Grazie a un polimero scoperto di recente, abbiamo sviluppato un filato con un’ottima capacità di condurre l’elettricità e con un’eccezionale stabilità prestazionale a contatto con l’aria, senza ricorrere alle terre rare».
Come funziona
Una fibra di origine naturale, come la seta, può essere modificata per condurre stabilmente l’elettricità. Lo studio ha verificato l’impiego del Poly (benzodifurandione) – un polimero coniugato o semiconduttore organico – per il rivestimento dei fili di seta, utilizzati per realizzare tessuti e anche per cucire i bottoni. Il filato conduttore è servito a realizzare un generatore termoelettrico, in grado di trasformare una differenza di temperatura in potenziale elettrico.
Posizionando il tessuto termoelettrico tra una superficie calda (ad esempio la pelle) e una fredda (l’aria circostante), i ricercatori hanno misurato l’aumento della tensione, confermando che è possibile produrre una quantità di energia sufficiente al fabbisogno dei dispositivi oggi in commercio. Negli studi condotti in precedenza, per mantenerne la stabilità a contatto con l’aria il filo conteneva fibre metalliche.
Le superiori prestazioni di conduttività elettrica e stabilità del nuovo polimero permettono di alimentare i dispositivi, senza compromessi per gli elevati requisiti di sicurezza e resistenza necessari per l’uso a contatto con il corpo umano.
Uno dei generatori utilizzati nei test è un pezzo di tessuto cucito con fili di seta rivestiti in PBFDO o PEDOT:PSS, che hanno dimostrato di poter mantenere le prestazioni per almeno un anno anche dopo numerosi lavaggi in lavatrice. Le rilevazioni hanno evidenziato una tensione di circa 6 mV con T 30 °C. L’effetto dipende non solo dalla differenza di temperatura, ma anche dalla quantità di materiale conduttivo presente nel tessuto che, abbinato a un convertitore di tensione, potrebbe caricare dispositivi elettronici portatili tramite un connettore USB.
Credits: Youngseok Kim, Chalmers University of Technology
Assieme al tessuto termoelettrico è stato testato anche un bottone cucito con il filato conduttore. Una delle principali complessità evidenziate dallo studio consiste nel fatto che i prototipi sono cuciti a mano, impiegando giorni, poiché non è ancora possibile produrli in modo efficiente al di fuori di un laboratorio. Ciò nonostante, il potenziale è notevole e, secondo i ricercatori, è possibile sviluppare un processo automatizzato per moltiplicare la produzione. Per questa ragione alla Chalmers University of Technology sono attivi nello stesso campo ben tre gruppi di ricerca.
Credits: Hanna Magnusson, Chalmers University of Technology
Celle solari, internet delle cose, realtà aumentata, robotica e vari tipi di dispositivi elettronici portatili possono giovarsi della ricerca sui polimeri conduttori. Nell’immagine il filato ripreso da un microscopio elettronico a scansione: a) sezione trasversale del filato di seta puro; b) vista laterale del filato rivestito con PBFDO spruzzato con oro: c, d) sezione trasversale del filato di seta rivestito con PBFDO, senza spruzzatura d’oro. L’immagine è tratta dallo studio “Poly(benzodifurandione) Coated Silk Yarn for Thermoelectric Textiles”, pubblicato da Mariavittoria Craighero, Qifan Li, Zijin Zeng, Chunghyeon Choi, Youngseok Kim, Hyungsub Yoon, Tiefeng Liu, Przemyslaw Sowinski, Shuichi Haraguchi, Byungil Hwang, Besira Mihiretie, Simone Fabiano, Christian Müller.
Credits: Chalmers University of Technology
