ORIGAMI E KIRIGAMI AL GRAFENE

L'Arte dell'Origami e del Kirigami entra nel mondo dell'Elettronica con il Grafene

Un foglio di grafene puo' essere piegato allo stesso modo di un foglio di carta; per questo motivo, circuiti elettronici flessibili, microscopici robot e generiche strutture tridimensionali in scala nanometrica, a base di grafene, rappresentano dispositivi che potrebbero essere ottenuti applicando le stesse regole di piegatura di un origami.

L'arte dell'origami e l'antica arte giapponese del kirigami stanno servendo da guida agli scienziati in quella che sara' l'Elettronica del futuro. Con la tecnica del kirigami, un foglio di carta puo' essere intagliato e piegato, per ottenere oggetti tridimensionali e particolarmente "elastici". Questa tecnica e' stata gia' applicata nella realizzazione di conduttori estensibili fatti di nanotubi di carbonio.

Attualmente, gli scienziati stanno usando le tecniche di origami e kirigami come punto di partenza nell'implementazione di dispositivi elettronici al grafene, come: smartphones, tablets ed orologi, con le caratteristiche di essere indossabili, flessibili e pieghevoli. Questi dispositivi potrebbero cambiar forma senza essere danneggiati o distrutti a causa della rottura dei conduttori rigidi finora utilizzati.

Guarda il filmato: Graphene Kirigami

Lo scorso anno, un gruppo di scienziati cinesi, utilizzando diversi strati di ossido di grafene ed applicando le regole di piegatura di un origami, e' riuscito a costruire un robottino. Questo robot-origami, fatto di strati di ossido di grafene, e' permeabile alle molecole d'acqua; le strisce di cui esso si compone agiscono come spugne e si gonfiano, assorbendo l'umidita' dall'aria. Se queste strisce vengono esposte al calore o alla luce del vicino infrarosso, esse rilasciano molto velocemente il liquido assorbito e, di conseguenza, si contraggono e si ripiegano su se stesse, avanzando sulla superficie d'appoggio.

Guarda il filmato: Carbon-based paper that walks when hit with a laser‬

Recentemente Itai Cohen ed il suo team della “Cornell University” hanno esaminato un singolo foglio di grafene, ricoperto con uno strato di biossido di silicio (SIO₂) ed avente lo spessore di mezzo nanometro. Essi hanno notato che il biossido di silicio reagisce con gli atomi di carbonio del grafene in maniera diversa a seconda che venga riscaldato, attraversato da una corrente elettrica o imbevuto di liquido con pH diverso. Questo comportamento della silice ha permesso ai ricercatori di controllare le espansioni e le contrazioni del grafene ed ha consentito loro di piegarlo secondo schemi predefiniti. L'obiettivo degli scienziati e' la realizzazione di minuscoli circuiti elettrici che dovrebbero essere stampati su un foglio di grafene, capaci di assorbire la luce e generare corrente elettrica quando il foglio viene piegato in una struttura tridimensionale. Se si riuscisse a realizzare un processore con queste caratteristiche, i calcoli potrebbero essere eseguiti restituendo il risultato sotto forma di luce a diverse frequenze.

Un'altra tecnica di piegatura della carta e' detta “Miura-ori”; essa e' utilizzata, in particolar modo, nel settore aerospaziale, ma anche nel controllo delle fondamentali proprieta' fisiche di singoli fogli sottili di materiale, come il grafene. Si tratta di un metodo con il quale si piega una superficie piana, ad esempio un foglio di carta, in uno spazio piu' piccolo, al fine di ottimizzare i volumi. Il nome di questa tecnica deriva dal suo inventore, l'astrofisico giapponese Koryo Miura.

Fin dal 2014, lo scienziato spagnolo Tomás Palacios, capo del “Center for Graphene Devices and 2D Systems”, al “Massachusetts Institute of Technology”, considerato uno tra i piu' innovativi ricercatori che si occupano di grafene, e' al lavoro, con il suo team, sulla possibilita' di creare nuovi oggetti in grafene, con componenti elettrici integrati all'interno, utilizzando stampanti 3D. In pratica, l'obiettivo e' quello di integrare il grafene negli oggetti che vengono stampati; si tratta di un'idea tra le piu' avanzate nell'ambito dello studio di questo materiale.

Guarda il filmato: ‪Tomás Palacios: 2D Materials and Ubiquitous Electronics‬

Tra gli obiettivi piu' ambiziosi di Palacios c'e' anche quello di creare degli “origami di grafene”, ossia strati di materiale piegati come negli organuli, le minuscole strutture presenti nelle cellule. Se cio' accadesse, grandi quantita' di potenza di calcolo potrebbero essere accumulate in uno spazio minuscolo.

Il connubio tra “Origami e Nanostrutture” e' anche oggetto di studio per un gruppo di studiosi dell'Universita' di Harvard; essi hanno utilizzato molecole di DNA sintetico per ricavare "stampi" per nanostrutture da usare su fogli di grafene. In pratica, gli scienziati sono riusciti a costruire veri e propri origami, modellando la doppia elica del DNA e successivamente hanno utilizzato gli origami come “stampi” su fogli di grafene, per disegnare strutture di grandezza nanometrica di forme particolari. L'utilizzo di “maschere di DNA” potrebbe essere una tecnica per la produzione, su larga scala, di transistor di nuova generazione, basati proprio sul grafene.