Una tesi di dottorato può diventare occasione di innovazione che apre nuove possibilità di applicazioni sui temi dei consumi energetici e della efficienza dei dispositivi di uso quotidiano. E può dare anche l’opportunità di ricevere un premio consistente (25.000 euro) che stimola a proseguire e incrementare le ricerche. È quanto accaduto a Matteo Mauro, che ha appena concluso il XXII ciclo del corso di dottorato in Scienze Chimiche presso la Scuola di dottorato in Scienze e Tecnologie Chimiche dell’Università degli Studi di Milano ed è il vincitore di uno dei due prestigiosi premi annuali Eni Award 2010, conferiti alle due migliori tesi di dottorato per ricerche su Energia e Ambiente.
La tesi di dottorato premiata, svolta in parte presso l’Università di Muenster e presso la Ciba/Basf, si inserisce in una linea di ricerca che punta allo sviluppo di nuovi componenti per dispositivi elettroluminescenti. I risultati più significativi conseguiti hanno portato allo sviluppo di nuovi materiali emettitori a base di renio e iridio da utilizzare in dispositivi OLED e LEEC. Mentre il vincitore attende la consegna del premio e della medaglia d’oro da parte del Presidente della Repubblica in una cerimonia ufficiale a Roma, ha risposto alle domande de IlSussidiario.net.
Cosa sono gli OLED e cosa sono i LEEC?
OLED è l’acronimo di Organic Light-Emitting Diode, mentre un LEEC è una Light-Emitting Electrochemica Cell e rappresentano due nuove tecnologie di dispositivi in grado di emettere luce. Sebbene il loro meccanismo di funzionamento sia profondamente diverso, entrambi hanno una struttura, che nel caso più semplice, è costituita da un film sottile un centinaio di nanometri (un decimilionesimo di metro) di particolari materiali, detti elettroluminescenti, compreso tra due elettrodi.
Uno di questi due elettrodi, generalmente l’anodo, è trasparente e formato da ossido di indio e stagno. In seguito all’applicazione di un voltaggio, pari a circa 10 V per un OLED e 4 V per un LEEC (ma a volte anche meno) è possibile stimolare elettricamente questi materiali al fine di ottenere luce monocromatica o, in alcuni casi, luce bianca.
Questi dispositivi mostrano performance comparabili, o persino al di sopra, dei comuni display a tubo catodico o LCD, grazie ai bassi voltaggi e ai bassi consumi di operazione, e stanno attualmente ricevendo un enorme interesse dal punto di vista industriale.
Quali sono le caratteristiche dei nuovi materiali emettitori che lei ha trovato e in che senso migliorano le prestazioni dei dispositivi?
L’architettura di un dispositivo tipo OLED, per esempio, è molto più complicata di quella precedentemente descritta e generalmente comprende molti più strati, ognuno ottimizzato per svolgere un compito ben preciso. Uno dei parametri fondamentali, ma sicuramente non il solo, per ottenere un dispositivo efficiente è rappresentato da quella che viene chiamata resa quantica del materiale elettroluminescente.
Questo parametro potrebbe essere definito come l’efficienza con cui il materiale emette luce in seguito a uno stimolo, che può essere di tipo luminoso o elettrico. Parte della mia tesi di dottorato è stata rivolta al design, alla preparazione e allo sviluppo di una nuova classe di composti chimici elettroluminescenti ma, che al tempo stesso mostrassero una elevata resa quantica, soprattutto allo stato solido.
Inoltre, questi nuovi materiali mostrano al tempo stesso un’ottima processabilità, il che li rende ancora più interessanti per la costruzione di dispositivi riducendo i costi di fabbricazione.
Come è stata condotta la sua ricerca e quali fattori hanno favorito il risultato positivo?
Durante la mia tesi di dottorato ho avuto la fortuna poter lavorare in stretta collaborazione con realtà estere, sia accademiche che industriali. Infatti, ho trascorso circa otto mesi nel gruppo di ricerca della professoressa Luisa De Cola, dell’Università di Muenster (Germania), presso il quale sono attualmente ricercatore post-doc, e il gruppo di ricerca della Ciba Inc./Basf, guidato dal dottor Andreas Hafner, dove ho trascorso sei mesi come borsista.
Sicuramente queste due esperienze sono state estremamente stimolanti dal punto di vista sia scientifico che umano. Ho avuto la possibilità di imparare nuove tecniche di misurazione, oltre progettare e sviluppare questi nuovi materiali e sono risultate fondamentali per il mio lavoro di ricerca.
Ci sono buone prospettive perché questi dispositivi possano produrre luce bianca?
Dato il grande potenziale applicativo, esistono forti interessi e grande competizione per sviluppare questi nuovi dispositivi ad emissione di luce. Attualmente, la possibilità di ottenere luce bianca è stata dimostrata da alcuni gruppi di ricerca sia per dispositivi di tipo OLED che per LEEC; nel caso di OLED il primo dispositivo è già in commercio.
Tuttavia c’è ancora moltissimo spazio per la ricerca, in quanto restano ancora da risolvere problemi quali sviluppo dei materiali che emettano luce bianca ed ottimizzazione dell’architettura del dispositivo, al fine di migliorarne l’efficienza, la stabilità del colore e ridurre i costi di fabbricazione.
Quali sono le applicazioni più interessanti e vantaggiose degli OLED e dei LEEC?
I dispositivi di tipo OLED sono ad uno stato di studio e di sviluppo sicuramente superiore rispetto ai a quelli di tipo LEEC. Tuttavia, questi ultimi potrebbero risultare ancora più interessanti grazie ad una più semplice ed economica modalità di fabbricazione, nonché ad un minore voltaggio operativo richiesto.
Come detto, attualmente alcuni dispositivi full-color OLED hanno già raggiunto il mercato e sono per lo più impiegati in display per macchine fotografiche e televisori ultrapiatti, mentre i dispositivi a luce bianca potrebbero presto rimpiazzare sia la vecchia lampadina a bulbo che la nuova tecnologia basata su lampadine fluorescenti o persino i nuovissimi LED inorganici.
Tuttavia, alcune delle novità più eccezionali per questi dispositivi sono rappresentate dalla possibilità di letteralmente stamparli su supporti quale plastica o tessuti, ottenendo così dispositivi flessibili e pieghevoli o addirittura lavabili.