La realizzazione di strati porosi su superfici estese trova applicazione in vari settori. A seconda della natura/composizione e spessore del deposito, ed in funzione di materiali con cui si interfaccia, un ricoprimento poroso può offrire trasparenza, flessibilità, alta reattività e capacità di intermixing con altri materiali solidi liquidi o gassosi. Nella lunga lista di possibili materiali porosi di interesse, gli ossidi trasparenti trovano applicazione nel campo del Fotovoltaico, della Sensoristica, della Fotocatalisi, della purificazione delle acque e del water splitting, delle batterie a Litio.
Abbiamo, pertanto, sviluppato un metodo per ricoprire superfici estese con materiali porosi, ossidi (es. TiO2, Al2O3 etc) e potenzialmente anche nitruri, usando un approccio basato sullo sputtering reattivo modificato, che abbiamo chiamato gig-lox. Il metodo è pulito in quanto non introduce o adopera solventi o reagenti o catalizzanti. Il materiale poroso, che è una spugna nanometrica, può essere dispensato su piccole aree o superfici estese. La spugna può avere lo spessore desiderato, da decine di nm ad alcuni microns, con proprietà che possono essere regolate drogando il materiale o riscaldandolo o modulandone la stechiometria durante la crescita. Le proprietà altamente competitive delle spugne così cresciute sono state validate in prototipi di Solar Cells and Sensing Devices che si trovano pubblicati nella letteratura scientifica. Il metodo può essere integrato in flussi di produzione roll-to-roll o su substrati curvi di qualsiasi estensione.
I metodi fisici convenzionali, ampiamente adoperati per la realizzazione di strati compatti ad alta riproducibilità ed affidabilità, non si prestano alla realizzazione di materiali porosi. Per crescere spugne si applicano, usualmente, metodologie di tipo chimico in quanto più versatili ed appropriate allo scopo. Tuttavia, esse non garantiscono affidabilità e riproducibilità su superfici estese.Per far fronte alla necessità di realizzare ricoprimenti conformi di lunga durata ed in grado di rivestire in maniera uniforme e conforme superfici estese, abbiamo messo a punto il metodo fisico chiamato gig-lox basato sui principi dello sputtering reattivo che non richiede l’uso di solventi ed è quindi intrinsecamente pulito. Esso consente il ricoprimento di superfici estese di qualsivoglia natura con alto throughput produttivo.
L’innovazione viene riassunta nei punti a seguire:
- variabilità della composizione della spugna
- porosità a doppia scala nanometrica che attraversa l’intero spessore cresciuto
- modulabilità dello spessore della spugna, tipicamente nel range 20-1000nm; può essere ulteriormente esteso
- modulabilità dell’area coperta, con uniformità garantita sui 4 pollici; può essere ulteriormente estesa
- step coverage conforme
- uso di qualsiasi tipo di substrato
- condizione di crescita a molti parametri: temperature, power loading, anode-cathode distance, gas flow, gas mixture etc.
- produzione su vasta area ed affidabilità del processo
- produzione up-scalable e contamination-free
- large surface area availability for functionalization, blending with other materials, small molecules infiltration etc..