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Nuova tecnologia consentirà di produrre metalli importanti in modo più efficiente

Aggiungendo combinazioni di atomi di carbonio, idrogeno e ossigeno a metalli ostinati e difficili da evaporare come il tungsteno e il platino, i ricercatori dell’Università del Minnesota Twin Cities sono stati in grado di trasformare gli elementi in film sottili in un modo più economico e sicuro. Credito: Bharat Jalan MBE Lab, Università del Minnesota

I ricercatori del Twin Cities College of Science and Engineering dell’Università del Minnesota hanno inventato una tecnologia più economica, più sicura e più semplice che consentirà di trasformare un gruppo “ostinato” di metalli e ossidi metallici in film sottili utilizzati in molti componenti elettronici, computer e altri applicazioni.

La ricerca è pubblicata negli Atti della National Academy of Sciences (PNAS) .

I ricercatori hanno lavorato con l’Ufficio per la commercializzazione della tecnologia dell’Università del Minnesota per brevettare la tecnologia e hanno già raccolto l’interesse dell’industria.

Molti metalli e i loro composti devono essere trasformati in film sottili prima di poter essere utilizzati in prodotti tecnologici come l’elettronica, i display, le celle a combustibile o le applicazioni catalitiche. I metalli “ostinati”, tuttavia, che includono elementi come platino, iridio, rutenio e tungsteno, tra gli altri, sono molto difficili da convertire in pellicole sottili perché richiedono temperature estremamente elevate (di solito più di 2.000 gradi Celsius) per evaporare.

In genere, gli scienziati sintetizzano questi film metallici utilizzando tecniche come lo sputtering e l’evaporazione del fascio di elettroni. Quest’ultimo consiste nella fusione e nell’evaporazione dei metalli ad alte temperature e nel consentire la formazione di un film sopra i wafer. Tuttavia, questo metodo convenzionale è molto costoso, utilizza molta energia e può anche essere pericoloso a causa dell’alta tensione utilizzata.

Ora, i ricercatori dell’Università del Minnesota hanno sviluppato un modo per far evaporare questi metalli a temperature significativamente più basse, meno di 200 gradi Celsius invece di diverse migliaia. Progettando e aggiungendo ligandi organici, combinazioni di atomi di carbonio, idrogeno e ossigeno, ai metalli, i ricercatori sono stati in grado di aumentare sostanzialmente le pressioni di vapore dei materiali, rendendoli più facili da evaporare a temperature più basse. Non solo la loro nuova tecnica è più semplice, ma rende anche materiali di qualità superiore facilmente scalabili.

“La capacità di creare nuovi materiali con facilità e controllo è essenziale per la transizione verso una nuova era di economia energetica”, ha affermato Bharat Jalan, autore senior dello studio, esperto di sintesi dei materiali, professore associato e Shell Chair nel Dipartimento di Ingegneria Chimica e Scienza dei Materiali dell’Università del Minnesota (CEMS). “C’è già un legame storico tra l’innovazione nella scienza della sintesi e lo sviluppo di nuove tecnologie. Milioni di dollari vanno a produrre materiali per varie applicazioni. Ora, abbiamo trovato una tecnologia più semplice ed economica che consente materiali migliori con l’atomo precisione.”

Questi metalli vengono utilizzati per realizzare una miriade di prodotti, dai semiconduttori per applicazioni informatiche alla tecnologia dei display. Il platino, ad esempio, è anche un ottimo catalizzatore per la conversione e l’immagazzinamento dell’energia ed è in fase di studio per l’uso in dispositivi spintronici.

“Ridurre il costo e la complessità della deposizione di metalli e allo stesso tempo consentire la deposizione di materiali più complessi come gli ossidi giocherà un ruolo importante negli sforzi sia industriali che di ricerca”, ha affermato William Nunn, uno studente laureato in ingegneria chimica e scienze dei materiali dell’Università del Minnesota , il primo autore del documento e un destinatario della borsa di studio Robert V. Mattern del dipartimento. “Ora che depositare questi metalli come il platino diventerà più facile, speriamo di vedere un rinnovato interesse per i materiali più complessi che contengono questi metalli ostinati”.