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Jun 07, 2023

Dissoluzione rapida

Scientific Reports volume 5, numero articolo: 17703 (2016) Cita questo articolo 2497 Accessi 8 Citazioni Dettagli metriche La carta trasparente è un substrato alternativo per i dispositivi elettronici grazie alla sua

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La carta trasparente è un substrato alternativo per i dispositivi elettronici grazie alle sue proprietà uniche. Tuttavia, le procedure ad alta intensità energetica e/o di tempo limitano attualmente la produzione scalabile di carta trasparente. In questo rapporto, dimostriamo un processo rapido per fabbricare carta otticamente trasparente con fibre di cellulosa rigenerative (RCF) impiegando una strategia di dissoluzione-debonding. Le RCF hanno una larghezza media di 19,3 μm e una lunghezza di diverse centinaia di micron e vengono preparate in carta trasparente mediante filtrazione sotto vuoto. Questo nuovo approccio di dissoluzione-debonding consente un'elevata efficienza produttiva creando allo stesso tempo carta trasparente con eccellenti proprietà ottiche e meccaniche.

La carta otticamente trasparente, composta da fibre di legno microdimensionate e/o nanofibre di cellulosa, ha raccolto enorme attenzione negli ultimi anni come substrato alternativo al vetro e alla plastica per l'uso in dispositivi elettronici come celle solari, transistor, diodi organici a emissione di luce, touch screen e antenne1,2,3,4,5,6. La carta trasparente possiede proprietà essenziali come eccellente trasmittanza ottica, forte resistenza alla trazione, bassa ruvidità superficiale e stabilità termica superiore, il che spiega il suo potenziale di sostituzione dei substrati convenzionali. A loro volta, processi di produzione su larga scala efficienti e rispettosi dell’ambiente sono importanti per l’elettronica “verde” di prossima generazione in termini di costi di produzione e sostenibilità. Sono stati segnalati approcci di filtrazione sotto vuoto e fusione per preparare nanocarta otticamente trasparente, tuttavia, si basano su fasi di disintegrazione delle nanofibre dispendiose in termini di tempo ed energia che utilizzano una bassa concentrazione di sospensione di nanofibre di cellulosa e sono limitate dalle dimensioni su scala nanometrica della fibra7,8,9 ,10,11,12. Questi fattori ostacolano gravemente la produzione scalabile e a basso costo di nanocarta trasparente. I metodi di colata o estrusione sono comunemente usati per fabbricare film di cellulosa rigenerativa trasparente su larga scala13,14,15,16, ma i solventi utilizzati come N-metilmorfolina N-ossido (NMMO)17 e N,N-dimetilacetammide/cloruro di litio ( DMAc/LiCl)18 pongono problemi ambientali e riducono l'efficienza produttiva a causa delle eccessive fasi di rimozione del solvente. La carta trasparente composta da fibre di cellulosa microdimensionate dimostra una trasmittanza ottica di circa il 90% e un'efficienza di disidratazione molto più elevata rispetto alla nanocarta, tuttavia il processo richiede 1 ora per produrre carta con una trasparenza così elevata che non è realistica per la produzione di massa4.

In questo rapporto, la carta otticamente trasparente è formata da fibre di cellulosa rigenerative (RCF) microdimensionate attraverso una strategia di rapida dissoluzione e distacco. Innanzitutto, i legami idrogeno tra le catene di cellulosa si rompono quando le fibre di cellulosa grezza sono completamente disciolte nei liquidi ionici (IL) (processo di dissoluzione). Quindi la soluzione di cellulosa ottenuta viene aggiunta goccia a goccia nella soluzione rigenerativa e agitata vigorosamente per produrre RCF microdimensionati (processo di debonding). Regolando i parametri della soluzione rigenerativa, vengono raccolte RCF microdimensionate con diverse dimensioni e morfologie delle fibre e viene consentita la rapida fabbricazione di carta otticamente trasparente attraverso i tradizionali processi di produzione della carta19. La carta trasparente realizzata con RCF presenta i seguenti vantaggi rispetto alla carta trasparente precedentemente segnalata: (1) è possibile applicare un metodo di filtrazione economico ed efficiente per la produzione in serie della nostra carta trasparente senza sacrifici estremi in termini di proprietà ottiche e resistenza meccanica; (2) ci vuole meno tempo per preparare le RCF microscopiche (20 min) e la nostra carta trasparente (10 min) con uno spessore di 60 μm. Questa strategia di dissoluzione e distacco fa luce sulla produzione rapida e a basso costo di carta trasparente mediante processi di produzione roll-to-roll.