L'usura riduce l'efficacia dei dispositivi elettronici fino a quando non devono essere sostituiti. Qual è lo schermo rotto dello smartphone che guarisce da solo durante la notte, o i pannelli solari che forniscono energia ai satelliti che riparano continuamente i danni causati dai micro-meteoriti? Il campo dei materiali autoriparanti si sta rapidamente espandendo e quella che era fantascienza potrebbe presto diventare realtà, grazie agli scienziati del Technion – Israel Institute of Technology che hanno sviluppato semiconduttori nanocristallini eco-compatibili in grado di auto-guarire.
Le loro scoperte, recentemente pubblicate su Advanced Functional Materials,descrivono il processo, in cui un gruppo di materiali chiamati doppie perovskiti mostrano proprietà di auto-guarigione dopo essere stati danneggiati dalla radiazione di un fascio di elettroni. Le perovskiti, scoperte per la prima volta nel 1839, hanno recentemente attirato l'attenzione degli scienziati grazie alle caratteristiche elettro-ottiche uniche che le rendono altamente efficienti nella conversione dell'energia, nonostante la produzione economica. Uno sforzo particolare è stato messo nell'uso di perovskiti a base di piombo in celle solari ad alta efficienza.
Il gruppo di ricerca Technion del professor Yehonadav Bekenstein della Facoltà di Scienze dei Materiali e Ingegneria e l'Istituto a Stato Solido del Technion è alla ricerca di alternative verdi al piombo tossico e all'ingegneria delle perovskiti senza piombo. Il team è specializzato nella sintesi di cristalli su scala nanometrica di nuovi materiali. Controllando la composizione, la forma e le dimensioni dei cristalli, cambiano le proprietà fisiche del materiale.
I nanocristalli sono le particelle di materiale più piccole che rimangono naturalmente stabili. Le loro dimensioni rendono alcune proprietà più pronunciate e consentono approcci di ricerca che sarebbero impossibili su cristalli più grandi, come l'imaging con la microscopia elettronica per vedere come si muovono gli atomi nei materiali. Questo è stato, infatti, il metodo che ha permesso la scoperta dell'autoriparazione nelle perovskiti senza piombo.
Le nanoparticelle di perovskite sono state prodotte nel laboratorio del Prof. Bekenstein utilizzando un processo breve e semplice che prevede il riscaldamento del materiale a 100° C per alcuni minuti. Quando i dottorandi Sasha Khalfin e Noam Veber hanno esaminato le particelle utilizzando un microscopio elettronico a trasmissione, hanno scoperto l'eccitante fenomeno. Il fascio di elettroni ad alta tensione utilizzato da questo tipo di microscopio ha causato faglie e buchi nei nanocristalli.
I ricercatori sono stati quindi in grado di esplorare come questi buchi interagiscono con il materiale che li circonda e si muovono e si trasformano al suo interno, vedendo che i fori si muovevano liberamente all'interno del nanocristallo, ma ne evitavano i bordi.
I ricercatori hanno sviluppato un codice che ha analizzato dozzine di video realizzati utilizzando il microscopio elettronico per comprendere le dinamiche di movimento all'interno del cristallo e scoprendo che i buchi si sono formati sulla superficie delle nanoparticelle e poi si sono spostati in aree energeticamente stabili all'interno.
La ragione del movimento dei fori verso l'interno è stata ipotizzata come molecole organiche che rivestono la superficie dei nanocristalli. Una volta rimosse queste molecole organiche, il gruppo ha scoperto che il cristallo ha espulso spontaneamente i fori in superficie e fuori, tornando alla sua struttura originale incontaminata – in altre parole, la crosta si è riparata da sola. Questa scoperta è un passo importante verso la comprensione dei processi che consentono alle nanoparticelle di perovskite di guarire se stesse e apre la strada alla loro incorporazione nei pannelli solari e in altri dispositivi elettronici.