Un nuovo materiale al posto della plastica nei conduttori elettrici

Gli scienziati dell’Università di Chicago hanno scoperto un materiale che può essere considerato come la plastica, ma che conduce l’elettricità come un metallo.

La ricerca, pubblicata recentemente su Nature, mostra come è stato realizzato questo materiale, in cui i frammenti molecolari sono confusi e disordinati, ma che possono condurre l’elettricità in modo efficace.

Questa proprietà va contro le caratteristiche conosciute relative alla conduttività, ma la scoperta potrebbe tornare straordinariamente utile, quando si consideri che ogni nuova invenzione spesso avviene per la scoperta di un materiale completamente nuovo.

“Questa scoperta apre la strada alla progettazione di una nuova classe di materiali che conducono l’elettricità, sono facili da modellare e sono molto robusti nelle loro condizioni normali”, afferma John Anderson, docente di chimica all’Università di Chicago e autore senior dello studio.

I materiali conduttori sono assolutamente necessari per costruire qualsiasi tipo di dispositivo elettronico, sia un pannello solare, un televisore o qualsiasi altro strumento legato all’uso dell’elettricità.

Il gruppo di materiali più classico è quello dei metalli: rame, oro, alluminio.

Circa 50 anni fa gli scienziati riuscirono a realizzare conduttori di materiali organici per mezzo di un trattamento chimico, noto come doping; un metodo per mezzo del quale venivano aggiunti atomi o elettroni nel materiale. Si trattava di un processo vantaggioso perchè si ottenevano materiali più flessibili e più facili da lavorare rispetto ai conduttori di metallo tradizionali.

Il problema era che non si trattava di materiali molto stabili, ma di materiali che perdevano la loro conduttività se esposti all’umidità o a temperature troppo elevate.

Fondamentalmente, i due tipi di conduttori, metallici e organici, avevano una caratteristica comune: erano costituiti da file dritte e fitte di atomi o molecole per mezzo delle quali gli elettroni fluivano facilmente nel materiale, come una sorta di auto in movimento lungo un’autostrada.

Per trovare una terza via alla conduttività, Jiaze Xie, un ricercatore dell’Università di Chicago, ha iniziato a sperimentare alcuni materiali scoperti anni fa, ma fino a quel momento ignorati. Lo scienziato ha provato ad unire atomi di nichel lungo filari, come si trattasse di perline di una collana, la cui composizione era di carbonio e zolfo, dando il via ad un test che ha sorpreso non poco per la facilità con cui l’elettricità veniva trasmessa.

Il nuovo conduttore aveva caratteristiche particolari, tra cui la resistenza, sia all’umidità che alle temperature elevate, caratteristiche che ne valorizzavano l’utilizzo nel mondo reale.

Per gli scienziati la cosa più sorprendente fu poi la sua struttura che apparve disordinata.

“Teoricamente, questo materiale non può essere considerato un metallo”, dice Anderson. “Ciò nonostante, non abbiamo una spiegazione di come avvenga questo fenomeno”.

Gli studiosi, in team, hanno tentato di capire come l’elettricità potesse fluire all’interno di questo materiale, senza poter spiegarsene il motivo, a meno di pensare ad un modello ‘a lasagna‘, dove gli elettroni possano muoversi orizzontalmente su un piano e verticalmente tra i piani. Unica condizione, che i pezzi si tocchino l’un l’altro.

Altra caratteristica fondamentale è anche la sua lavorazione che, a differenza dei metalli, non occorre avvenga su materiale fuso, bensì anche a temperatura ambiente.

Ora gli studiosi stanno esplorando diverse forme e funzioni con cui il nuovo materiale potrebbe trovare applicazione.