Quantum Dot stampabili dall'University of Illinois

Quantum Dot stampabili dall'University of Illinois

Un particolare sistema simile alla stampa a getto di inchiostro permette di realizzare pattern complessi e ad alta definizione di quantum dot, aprendo la strada alla possibilità di realizzare un nuovo tipo di display

di Andrea Bai pubblicata il , alle 12:01 nel canale Scienza e tecnologia
 

Un gruppo di ingegneri dell'University of Illinois è riuscito a realizzare vari motivi ad alta risoluzione di Quantum Dot, utilizzando una tecnica simile a quella della stampa a getto di inchiostro. I quantum dot sono nanocristalli semiconduttori che possono essere usati per realizzare particolari LED, chiamati QD LED.

In un QD LED uno strato di quantum dot è interposto in una struttura a sandwich tra due strati di materiali organici portatori di elettroni e di lacune. Applicando un campo elettrico, le lacune e gli elettroni si spostano nello strato dei quantum dot e vanno a ricombinarsi nel quantum dot stesso, dando luogo all'emissione di fotoni. Si tratta di una tecnologia che permette, almeno in potenza, di realizzare display più luminosi, dai colori più vividi e in grado di consumare meno energia.

Durante il recente CES 2015 di Las Vegas alcune realtà come Sony, Samsung ed LG hanno mostrato i propri televisori "Quantum Dot": si tratta di modelli che fanno uso di una tecnica ibrida dove la fonte luminosa è realizzata impiegando led di luce blu in abbinamento a quantum dot rossi e verdi, generando così luce bianca. Questa luce viene quindi indirizzata verso i filtri cromatici di ciascun pixel, esattamente come accade per un normale pannello LCD. Varie realtà, sia nel mondo dell'industria, sia in ambito accademico, stanno ora cercando strade per poter creare un pannellodove ciascun pixel possa essere composto da QD.

La principale difficoltà per i Quantum Dot è infatti riuscire ad individuare un metodo efficiente, affidabile e commercialmente sostenibile per poterli disporre in maniera appropriata a formare i pixel di un display. Una caratteristica interessante dei quantum dot è però rappresentata dalla possibilità di usarli in apposite soluzioni per creare particolari "inchiostri", così da poter depositare i quantum dot sulla superficie di riferimento. Questa strada però è stata percorsa fino ad ora solo parzialmente: il miglior risultato ottenuto è stato quello di usare l'inchiostro con una matrice di stampa simile ad un timbro. Una tecnica ben poco flessibile e sicuramente poco adatta alla produzione commerciale.

Torniamo quindi agli ingegneri dell'Univesity of Illinois che, coordinati dal professor John Rogers, stanno ideando un metodo per realizzare motivi complessi di Quantum DoT, così da poter gettare le basi per una tecnologia ove ciascun pixel o sub-pixel dello schermo sia costituito effettivamente da un QD LED. I ricercatori hanno recuperato una tecnica chiamata electrohydrodynamic jet o e-jet printing, già usata per stampare nanotubi di carbonio e strutture simili alla doppia elica del DNA.

Lo strumento di stampa in questo caso è un sottilissimo capillare di vetro ricoperto di metallo, con un ugello dal diametro di cinque micrometri. Un sistema pneumatico spinge l'inchiostro di QD nel tubo in maniera sufficiente da farlo sporgere dalla punta. A questo punto una differenza di potenziale applicata tra il capillare e una superficie metallica opposta ad esso spinge gli ioni liberi all'interno dell'inchiosto ad accumularsi verso il menisco dell'inchiostro che va cambiando forma diventando conico. A questo punto si formano delle goccioline dalla punta del cono, che si depositano sulla superficie di riferimento. Le goccioline sono quindi molto più piccole della dimensione dell'ugello, dal momento che sono generate dalla punta del "cono d'inchiostro" e non dall'ugello stesso.

Questo metodo ha svariati vantaggi: anzitutto è possibile creare geometrie differenti in maniera molto semplice ed in secondo luogo si elimina qualsiasi possibile contaminazione chimica grazie proprio al processo di stampa a getto di inchiostro. I ricercatori affermano che è possibile stampare Quantum Dot su qualsiasi superficie che possa essere appoggiata su un piano di supporto metallico, affinché si possa applicare la differenza di potenziale di cui abbiamo parlato poco sopra. E' quindi possibile stampare QD su superfici flessibili, aprendo interessanti potenzialità per il mondo dei display.

Il gruppo di Rogers è riuscito a realizzare un motivo complesso con linee e punti di appena 0,25 micrometri di larghezza. Questi motivi sono quindi stati interposti tra due elettrodi in una struttura a sandwich per poter realizzare LED QD luminosi.

Questa tecnica consente inoltre di stampare QD uno sull'altro, offrendo quindi nuove possibilità di mescolare i colori. "In un display di solito si hanno sub-pixel RGB separati per ciascun pixel, ma si può anche immaginare di mescolare, ad esempio, il verde ed il rosso stampandolo uno sull'altro. Si possono creare pixel e led di qualsiasi colore mescolando vari Quantum Dot" spiega Rogers.

Gli ingegneri si occuperanno ora di creare un dispositivo provvisto di vari ugelli di stampa, che permetterebbe di avvicinarsi in maniera più concreta alla produzione commerciali. La principale difficoltà, in questo caso, è rappresentato dall'interferenza tra i vari ugelli: il campo elettrico di ciascun ugello di stampa va infatti ad interagire con quello degli ugelli attigui. Il gruppo di Rogers sta quindi cercando di ideare un sistema che possa isolare i vari ugelli allo scopo di eliminare le interferenze.

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