È la recente scoperta di un team di ricerca, frutto da una collaborazione tra Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, Graz University of Technology, CSGI e Università degli Studi di Firenze, che apre nuovi scenari nel campo dell’elettronica. Il primo caso di circuito elettrico creato trasformando in grafene un semplice colorante con un raggio laser.
Tracciare un circuito elettrico su qualsiasi superficie. È possibile, oggi, grazie a un semplice pennarello e un raggio laser. Un pennarello rosso, per il momento. Poi si vedrà, magari anche altri colori potranno funzionare: sui coloranti e sulle possibili applicazioni della recente scoperta, i lavori sono ancora in corso. Intanto quello che è venuto fuori, quasi per caso, è che l’inchiostro di un pennarello rosso si può trasformare in un circuito elettrico a base di grafene, disegnato su qualsiasi superficie. Come quella, per esempio, di una tazzina di caffè, spiegano dalla Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa dove un gruppo di ricerca ha portato avanti questo studio che apre nuovi scenari nel campo dell’elettronica.
“Anziché montare dei circuiti o sensori – spesso pesanti, costosi, ingombranti – sugli oggetti da sensorizzare, possiamo adesso pensare di ‘scriverli’ direttamente dove serve”, spiega Francesco Greco,professore associato di bioingegneria della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa e coordinatore della ricerca. “Questo potrà dare l’impulso ad applicazioni in moltissimi settori: l’elettronica stampabile, i sensori biomedici, la robotica, l’automazione, i sensori ambientali. Ci stiamo già occupando di alcune di queste applicazioni”.
Eosina, il colorante chiave per la creazione di un circuito elettrico
La sostanza chiave è l’eosina, uno specifico colorante contenuto in quei pennarelli rossi con cui si scrive sulle lavagne, che risulta avere una struttura chimica simile a quella del grafene e un’alta stabilità alla temperatura. 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, da 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”, ha precisato Greco.
Una collaborazione per l’innovazione
Pisa non ha lavorato da sola. Lo studio, pubblicato a febbraio 2025 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. È ad Alexander Dallinger, post-doc presso l’Institute of Solid State Physics dell’Università di Graz, che si deve la scoperta della reazione dell’eosina quando viene irraggiata da un laser e di queste sue caratteristiche particolari.
“La scoperta iniziale è avvenuta in maniera fortuita”, ha raccontato Alexander Dallinger. “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? Quale è ‘l’ingrediente segreto’? E così via. Da queste domande è partito tutto lo studio e le scoperte che hanno portato alla pubblicazione” ha detto il ricercatore.
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.
Per procede un metodo semplice: il “paint and scribe”
Il metodo adoperato per creare il circuito si chiama “paint and scribe”. Un procedimento semplice, come racconta in un video Marina Galliani, post-doc presso l’istituto di biorobotica della Scuola Superiore Sant’Anna: si definisce il disegno del circuito elettronico su un computer e si colora con il pennarello rosso una superficie a scelta, una macchina laser traccia sulla superficie colorata il disegno realizzato al computer e sotto l’effetto dell’esposizione al laser, il colorante eosina si trasforma chimicamente in grafene, che è un materiale conduttivo. Così si ottiene un circuito elettrico. “Con mezzi semplici e partendo da materiali a basso costo si possono immaginare tantissime applicazioni innovative”, conclude la ricercatrice. Ma è solo l’inizio.
