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Materiali intelligenti, grazie alle perovskiti

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Dalle finestre che si adattano all’ambiente, ai tessuti intelligenti e gli strumenti antifrode. Sono alcune delle applicazioni di un nuovo materiale che cambia colore e trasparenza in base alla temperatura, sviluppato da Cnr – Nanotec e Università del Salento.

Difficilmente il collezionista russo di minerali Lev Alekseyevich von Perovski, quando nella prima metà dell’800 diede il suo nome a quei cristalli opachi rinvenuti sui Monti Urali, avrebbe potuto immaginarne le sorprendenti potenzialità o prevedere tutto quello che due secoli dopo avremmo fatto con le sue perovskiti.

Questo materiale ibrido organico-inorganico oggi trova, infatti, applicazioni interessantissime, ad esempio nella produzione di pannelli fotovoltaici più efficienti ed economici di quelli tradizionali in silicio. Ma anche, come ha mostrato uno studio del Cnr e dell’Università del Salento, nella produzione di superfici intelligenti, ossia in grado di cambiare alcune caratteristiche in base al contesto.

Le proprietà termocromiche della perovskite

Lo studio pubblicato sulla rivista Advanced Materials, e condotto da ricercatori dell’Istituto di Nanotecnologia del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Lecce (Cnr-Nanotec), in collaborazione con i colleghi dell’Istituto di Cristallografia del Cnr di Bari (Cnr-Ic) e dell’Università del Salento, ha permesso di sviluppare un nuovo materiale composito con proprietà termocromiche, in grado cioè di cambiare colore, grado di trasparenza o capacità di riflettere la luce quando soggetto a variazioni di temperatura.

Il cuore di questo materiale che reagisce al calore sono, appunto, cristalli della famiglia delle perovskiti, in particolare le perovskiti metallo-alogeno che – spiegano gli autori dello studio – sono “tra i materiali più promettenti per applicazioni optoelettroniche (la branca dell’elettronica che studia i dispositivi elettronici che interagiscono con la luce) grazie alle eccezionali proprietà fotofisiche di cui sono dotate e ad un processo di produzione semplice, economico e facilmente scalabile”.

Il nuovo materiale è composto da perovskite e polimero deposti su un substrato di vetro.  “La perovskite, ossia il materiale ibrido organico-inorganico utilizzato nel rivestimento termocromico, ha una struttura 2D: bidimensionale”, spiega Vincenzo Maiorano, primo tecnologo al Cnr-Nanotec e coordinatore dello studio.

“A livello nanometrico si può immaginare come tanti mattoncini impilati l’uno sull’altro. Le sue proprietà sono eccezionali. È dotato di caratteristiche estremamente interessanti come il passaggio reversibile da uno stato trasparente a temperatura ambiente ad uno stato colorato ad alta temperatura. Inoltre, la transizione è molto rapida: il processo di colorazione/decolorazione impiega pochi secondi e il colore assunto e la temperatura alla quale avviene il cambiamento variano con la tipologia di perovskite utilizzata. Il materiale è anche molto versatile: è compatibile con diverse tipologie di substrati anche flessibili, per dispositivi portatili ed indossabili e poi può essere usato anche nella stampa 3D”.

Le applicazioni possibili della perovskite

Ma cosa potremmo fare di un materiale come questo?  “Il risultato conseguito rappresenta un importante traguardo in fatto di innovazione tecnologica e scientifica dai possibili risvolti in diversi ambiti applicativi quali tessuti intelligenti, sensoristica avanzata, sistemi anticontraffazione” spiega Luisa De Marco, primo ricercatore del Cnr-Nanotec che ha collaborato allo studio.

“Possiamo pensare a sistemi anticontraffazione che rendono visibile un logo o un codice se sottoposti a variazioni di temperatura o sensori passivi di temperatura – aggiunge Aurora Rizzo, co-autrice e primo ricercatore Cnr-Nanotec – Oppure a finestre intelligenti che possono oscurarsi quando la temperatura esterna sale per impedire il surriscaldamento degli ambienti interni”.

Per il nuovo materiale, che ha grandi potenzialità, è stata richiesta e già ottenuta la copertura brevettuale in Italia ed è in fase di valutazione quella europea. Intanto, nei laboratori del CNR-Nanotec si continuano i test con applicazioni a diversi tipi di substrato: tessuto, plastica, legno.

“Il prossimo obiettivo – anticipano i ricercatori – sarà rivolto all’ottimizzazione del materiale per abbassare la temperatura di risposta e regolare in maniera fine il grado di colorazione, nonché il colore del materiale termocromico”.

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