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Dalla lignina una nuova frontiera per l’energia miniaturizzata e sostenibile

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La lignina, uno dei principali biopolimeri presenti nelle piante legnose e tradizionalmente considerata un semplice scarto dell’industria della cellulosa, si rivela oggi una risorsa preziosa per l’elettronica

La lignina, uno dei principali biopolimeri presenti nelle piante legnose e tradizionalmente considerata un semplice scarto dell’industria della cellulosa, si rivela oggi una risorsa preziosa per l’elettronica del futuro. Una collaborazione scientifica internazionale guidata dall’Istituto per Scienze e Tecnologie dei Plasmi del CNR di Bari (Cnr-Istp) ha dimostrato infatti la possibilità di realizzare micro-dispositivi di memoria e di accumulo energetico basati proprio su questo materiale naturale.

Il progetto nasce nel 2023, in seguito a un incontro scientifico durante il meeting autunnale della European Materials Research Society (E-MRS) a Varsavia. Da lì ha preso forma una sinergia tra Cnr-Istp Sede di Bari (Dr. Marianna Ambrico, Dr. Paolo Francesco Ambrico, Dr. Domenico Aceto), il Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale dell’Università di Pisa – UNIPI (Prof. Alessandra Operamolla, Dr. Rosarita D’Orsi), il Dipartimento di Fisica E.R. Caianiello dell’ Università di Salerno – UNISA (Prof. Antonio Di Bartolomeo, Dr. Ofelia Durante, Sebastiano De Stefano), il CNR CNR-SPIN (Dr. Nadia Martucciello, Dr. Filippo Giubileo) e l’ Università di Vigo- Spagna (Dr. Sandra Rivas).

Nei laboratori del Cnr-Istp sono stati realizzati micro-dispositivi con architettura interdigitata utilizzando tre diverse tipologie di lignina fornite dal team dell’Università di Pisa, che ne ha parallelamente decifrato la complessa struttura chimica attraverso avanzate tecniche di caratterizzazione. Le misure elettriche condotte presso Cnr-Istp, in collaborazione con UNISA e Cnr-Spin, hanno evidenziato proprietà capacitive e conduttive controllabili su scala micrometrica, aprendo la strada a nuove applicazioni in elettronica miniaturizzata.

Il risultato più significativo riguarda la correlazione tra la chimica delle lignine e le loro risposte elettriche: una relazione che permette di progettare dispositivi funzionali basati su un materiale naturale, rinnovabile e finora poco valorizzato. In particolare, l’elevata capacità elettrica osservata ha consentito di identificare nella lignina un materiale idoneo alla realizzazione di microsupercapacitori, dispositivi in grado di immagazzinare e rilasciare rapidamente energia, con tempi di ricarica molto brevi, lunga durata e alta densità di potenza. Tali caratteristiche li rendono ideali per sensori, dispositivi biomedicali, tecnologie indossabili ed elettronica flessibile. Le misure in corrente continua hanno inoltre rivelato un effetto di memresistive switching, aprendo la possibilità di sviluppare memresistori a base di lignina, potenzialmente utili per applicazioni nel neuromorphic computing. Si tratta di funzionalità finora associate a materiali non sostenibili, rendendo questo risultato particolarmente innovativo.

La comunità scientifica ha accolto con grande interesse questi sviluppi: le tre pubblicazioni che raccolgono i risultati della collaborazione hanno già ottenuto recensioni positive e numerose citazioni. La sfida ora è aperta per comprendere quale delle diverse lignine potrà affermarsi come materia prima d’eccellenza per i microsupercapacitori o i memristors del futuro.

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