Disegnare con un trucco di magia chimica apparentemente semplice

“Questo è il dipinto su cui dipingeremo.” Siamo nel laboratorio dell’Amsterdam Research Institute AMOLF. Il sole splende. Lukas Helmbrecht mi ha mostrato una piccola piastrella bianca, delle dimensioni di un francobollo, che ha posto sotto una lampada UV. Quindi prende una bottiglia con un liquido limpido e incolore. Come un mago che mostra di non barare, Helmbrecht tiene la bottiglia sotto una lampada UV. “Guarda, non succede niente all’inchiostro.”

Usando una pipetta, aspira un po ‘dell’inchiostro dalla bottiglia e lo gocciola sulle piastrelle. Quando la goccia incolore raggiunge il tessuto bianco, diventa verde brillante. Anche nel laboratorio soleggiato può essere visto chiaramente. Un secondo fa non era presente un materiale semiconduttore che emette luce verde. Si è formato in una reazione chimica fulminea che si è verificata tra l’inchiostro e il tessuto.

Helmbrecht ha conseguito il dottorato di ricerca per la sua ricerca nel disegno a inchiostro interattivo su tela reattiva. Helmbrecht e colleghi hanno descritto una nuova tecnica per realizzare materiali semiconduttori, chiamata litografia a scambio ionico. Nella posta È apparso questa settimana Materiale avanzato.

Nanocristalli e inchiostro

Oltre all’effetto sulle giornate aperte dell’istituto di ricerca, anche la litografia a scambio ionico è vantaggiosa. Introduce un nuovo metodo per l’applicazione dei semiconduttori, adatto per l’industria elettronica. “Nell’elettronica, molti materiali, inclusi i semiconduttori, spesso devono essere posizionati uno accanto all’altro o uno sopra l’altro”, afferma il ricercatore Amolph Wim Noorduin, che ha supervisionato la ricerca. “Ad esempio, lo schermo del tuo smartphone è costituito da semiconduttori tra strati di materiale isolante”. Ora questo viene fatto costruendolo strato per strato e perforando tra di loro per creare le strutture semiconduttori desiderate. Utilizzando inchiostro e tessuto reattivi, questi processi di produzione potrebbero essere più semplici. “Il tessuto è un isolante. Applicando l’inchiostro, convertiamo lo strato superiore in un semiconduttore. Ad esempio, un semiconduttore viene immediatamente incorporato in un materiale isolante”, afferma Nordwin.

Il materiale semiconduttore prodotto nel display è anche il materiale perovskite più promettente, che può essere utilizzato in celle solari, sensori e luci a LED. La demo mostra un processo chiamato fotoluminescenza, in cui le perovskiti emettono luce verde essendo attivate dalla luce ultravioletta. Nel post, i ricercatori hanno anche dimostrato le proprietà di un LED perovskite incorporandolo in un’impostazione che consente di inviare una corrente elettrica attraverso il materiale.

Come funziona un trucco magico chimico? “Abbiamo applicato uno strato di nanocristalli di carbonato di piombo alla tela”, afferma Nordwin. Questi nanocristalli sono migliaia di volte più piccoli dello spessore di un capello e formano uno strato stabile ed elettricamente isolante. Puoi spalmare il carbonato di piombo su quasi tutte le superfici, dal legno all’alluminio e al vetro. Questa non è una sorpresa. La vernice al piombo precedentemente utilizzata (biacca) è costituita da nanocristalli e carbonato di piombo. “Solo su qualcosa di morbido o flessibile può essere rotto uno strato di nanocristalli”, dice Helmbrecht. Puoi applicarlo semplicemente, come se stessi preparando un muro.

Puoi dipingere con una pipetta, un rivestimento, un pennello, uno spray o un timbro

Una volta applicato lo strato di base, la “pittura” può iniziare con l’inchiostro. “Questo può essere fatto con una pipetta, ma anche con un rivestimento, un pennello, uno spray o un timbro”, afferma Nordwin. La sostanza nell’inchiostro che causa la reazione chimica è il metilbromato di ammonio. Questo reagisce con il carbonato di piombo per formare una perovskite semiconduttrice.

I sottoprodotti che si formano sono acqua, metilammina e anidride carbonica₂. “Queste tre sostanze innocue sono gassose o evaporano facilmente in modo che non rimangano sul tessuto”, afferma Nordwin. Per coloro che sono preoccupati per il gas serra CO₂: Questa quantità è limitata. “Viene rilasciata più tazza di cola che durante questo processo.” Quello a cui dovresti prestare attenzione è il prodotto finito perov-skiet. Non può essere scartato dopo l’uso, poiché contiene piombo, che può essere dannoso per le persone e l’ambiente.

Riccio di mare incandescente

La tecnologia ora sembra abbastanza semplice. Tutto ciò di cui hai bisogno è una tela nanocristallina e un metodo per applicare l’inchiostro. Durante lo spettacolo, l’assorbente e la lampada UV sono state due delle apparecchiature più avanzate utilizzate. Ma ci sono voluti anni per rendere la tecnologia così semplice. “La maggior parte del tempo viene dedicata alla creazione del concetto”, afferma Nordwin. “Dopodiché, abbiamo trascorso molto tempo a trovare l’inchiostro e i nanocristalli giusti e trovare il modo migliore per applicare lo strato nanocristallino”.

“L’ispirazione per la ricerca proviene da conchiglie e alcune ossa fossilizzate”, afferma Nordwin. “Sono fatti di nanocristalli e ci chiedevamo se potessero subire un cambiamento chimico”. Questa idea ha portato all’edizione 2018 delle reazioni chimiche sviluppate per le conchiglie e lo scheletro di riccio di mare. “Innanzitutto, stiamo convertendo il carbonato di calcio dallo scheletro del riccio di mare nel carbonato di piombo”, afferma Nordwin. Poi l’abbiamo dipinto con inchiostro reattivo. Ciò ha fatto sì che questo materiale biologico si illuminasse improvvisamente di verde sotto la luce ultravioletta. “

Helmbrecht ha dimostrato che la tecnologia funziona anche su scala più ampia coprendo le piastrelle del bagno con nanocristalli. Usando uno stencil e uno spray, ha dipinto un ritratto a luci verdi della vincitrice del Premio Nobel Marie Skaudo-Ska-Curie Physical and Chemical Corrie. Finché la macchina che usi per applicare l’inchiostro è abbastanza grande, non ci sono limiti alle dimensioni della superficie interattiva, afferma Helmbrecht. “Il minimo è determinato dalla dimensione dei singoli nanocristalli”. Puoi creare piccoli motivi applicando l’inchiostro su una tela con un timbro delicato. Poiché l’inchiostro non funziona, anche le goccioline micrometriche producono macchie micrometriche.

“Questa è una ricerca molto innovativa e una tecnologia promettente”, ha detto Joost Rick, professore di chimica presso l’Università di Amsterdam, che non era coinvolto nella ricerca. “La combinazione di scambio ionico e litografia è meravigliosa. Rende la tecnologia facile da applicare e aumenterà notevolmente il numero di possibilità. Oltre alle applicazioni di natura estetica, come l’arte, vedo possibilità di convertire la luce solare in energia e altre applicazioni optoelettroniche, tra le altre cose. “

Verde, rosso o blu

Cambiando il panno e l’inchiostro, i ricercatori possono anche creare altri materiali oltre alle perovskiti che emettono luce verde. “Abbiamo già sviluppato inchiostri perovskite che emettono luce rossa o blu”, afferma Nordwin. Puoi disegnarli uno accanto all’altro su una tela. In teoria, è anche possibile realizzare materiali conduttivi, isolanti o anche elettronica integrata complessa utilizzando una formula di inchiostro tessile adatta. “Ad esempio, stiamo lavorando con un altro gruppo di ricerca dell’AMOLF specializzato in celle solari”, afferma Nordwin. La tela verde brillante sotto la lampada UV è solo il punto di partenza per molte delle applicazioni che i ricercatori hanno in magazzino di questa tecnologia.