Il grafene, grazie alle sue eccellenti proprietà fisiche, continua a rendere possibili nuove applicazioni anche nel campo della comunicazione digitale. Un team di ricercatori dell’Istituto di nanotecnologia del Cnr (CNR-NANOTEC) e del Politecnico di Bari ha realizzato un’antenna completamente trasparente basata su grafene in grado di operare nel campo delle microonde con particolare riferimento alla futura tecnologia 5G. Questo risultato apre la strada alla realizzazione di dispositivi innovativi in cui le antenne invisibili e nascoste potranno essere integrate in finestre intelligenti o sistemi fotovoltaici.
La ricerca, pubblicata su Applied Physics Letters e segnalata tra gli “Editor’s Picks”, è svolta in collaborazione con CM-Bowden Research Center (USA) e nell’ambito di un progetto finanziato dalla U.S. Army International Technology Center Atlantic e che vede come responsabili Giuseppe Valerio Bianco del CNR-NANOTEC e Marco Grande del Politecnico di Bari.
La realizzazione della prima antenna trasparente in grafene è stata resa possibile grazie alle metodologie di sintesi e di funzionalizzazione del grafene sviluppate presso lo Apulian Graphene Lab di CNR-NANOTEC e in grado di produrre strati di grafene trasparenti con conduttività elettrica paragonabile a quella dei conduttori metallici. “La maggiore conduttività elettrica, che raggiunge valori di sheet resistance pari a 18 Ohm/square, è dovuta al processo di drogaggio funzionale del grafene con atomi di cloro”, spiega Giovanni Bruno del CNR-NANOTEC ,”un processo quest’ultimo, in cui abbiamo sfruttato la presenza dei difetti di composizione e di struttura del grafene usandoli come centri reattivi”.
Modelli 3D, misurato (EXP) e teorico (SIM), di radiazione dell’antenna per diverse frequenze operative
I ricercatori hanno dimostrato con calcoli teorici e misure sperimentali che le antenne planari a base di grafene sono in grado di operare un guadagno relativamente elevato su un’ampia larghezza di banda operativa (> 3,5 GHz) coprendo simultaneamente le bande GPS, WiFi, Bluetooth e 5G. “Lo standard wireless super veloce 5G costituisce la base della cosiddetta Connected Gigabit Society”, sottolinea Antonella d’Orazio del Politecnico di Bari, “che renderà possibili applicazioni capaci di scambiare dati ad altissima velocità”.
“La combinazione di trasparenza e flessibilità del grafene”, concludono i ricercatori, “potrà anche aprire la strada alla realizzazione di dispositivi indossabili, sia direttamente sulla superficie del corpo o integrati in dispositivi trasparenti come ad esempio finestre o, perfino, lenti a contatto”.
Articolo scientifico: “Optically transparent wideband CVD graphene-based microwave antennas”. Marco Grande, Giuseppe Valerio Bianco, Dario Laneve, Pio Capezzuto, Vincenzo Petruzzelli, Michael Scalora, Francesco Prudenzano, Giovanni Bruno, and Antonella D’Orazio, Appl. Phys. Lett. 112, 251103 (2018); doi: 10.1063/1.5037409