Analisi computazionale della risposta meccanica di nano-giunzioni metalliche

Elettrodi trasparenti costituiti da reticoli di nanofibre metalliche sono appetibili per la realizzazione di svariati dispositivi elettronici deformabili che vanno dagli schermi flessibili alle celle fotovoltaiche. Grazie alle apprezzabili caratteristiche di trasparenza, conducibilità e deformabilità, i reticoli di nanofibre rappresentano valide alternative agli elettrodi trasparenti commerciali. Questi ultimi, solitamente costituiti da film sottili di ossidi di indio-stagno, sono notoriamente inadeguati per la realizzazione di dispositivi flessibili a causa della loro intrinseca fragilità. Inoltre, la documentata scarsità di indio impatta negativamente sulle caratteristiche di eco-compatibilità e economicità dei dispositivi finali, promuovendo la ricerca di materiali e design alternativi. In generale, le strutture a reticolo ben si prestano ad assorbire deformazioni meccaniche. Tuttavia, la relazione tra composizione del reticolo (contenuto, disposizione e proprietà meccaniche delle nanofibre) e la stabilita’ meccanica dell’elettrodo non è pienamente compresa. Particolarmente difficile da valutare è il ruolo delle giunzioni tra nanofibre, le cui le proprietà meccaniche dipendono da innumerevoli fattori (tra cui, processo produttivo e orientazione relativa delle nanofibre a contatto). Siccome la conducibilità elettrica dell’elettrodo è subordinata all’integrità strutturale del reticolo, prevedere la risposta meccanica del reticolo è indispensabile per assicurare prestazioni elettriche soddisfacenti sotto tutte le condizioni di carico attese. In questo studio viene eseguita un’indagine computazionale della risposta meccanica di elettrodi trasparenti costituiti da reticoli di nanofibre. Il focus del lavoro è l’identificazione della relazione tra la risposta meccanica efficace dell’elettrodo e il contenuto di nanofibre. Studi parametrici sono eseguiti considerando un rapporto tra la rigidezza delle nanofibre e delle giunzioni variabile. La risposta dell’elettrodo alle sollecitazioni meccaniche è simulata numericamente utilizzando un codice basato sul metodo degli elementi finiti. Le nanofibre sono rappresentate con elementi elastici lineari trascurando le non-linearità insite nella loro struttura nanometrica.