L’approfondimento, presentato a LAB Italia 2025, è a cura del dott. Alberto Bossi, ricercatore presso l’Istituto SCITEC del CNR.
Unire la tecnologia per l’emissione di luce OLED (organic light emitting diode) con la radiazione spettrale NIR (near infrared, o vicino infrarosso) non è più una scommessa ma una vera promessa tecnologica: una piattaforma per la creazione di nuovi dispositivi intelligenti, sostenibili e integrabili nella vita quotidiana. Come spesso accade nell’innovazione, ciò che oggi è invisibile potrebbe diventare domani indispensabile. Lo sostengono i ricercatori dell’Istituto di Scienze e Tecnologie chimiche (SCITEC) del CNR.
Che cos’è la luce NIR
La regione del vicino infrarosso (NIR) è la porzione di radiazione compresa tra la luce visibile e l’infrarosso medio, con lunghezze d’onda che vanno da 750 e 2500 nanometri (Fig. 1). Anche se invisibile all’occhio umano, questa radiazione ha la straordinaria capacità di attraversare materiali opachi alla luce visibile, come tessuti, pelle o plastica. Grazie a questa caratteristica, viene utilizzata in applicazioni che richiedono analisi non distruttive, imaging profondo o il rilevamento di proprietà chimiche nei materiali.
Oggi molti dispositivi utilizzano la radiazione NIR: dalle telecamere per la visione notturna agli scanner biometrici, fino ai sensori industriali (Fig. 2). Ma la vera innovazione arriva con l’introduzione dei materiali organici emissivi, in particolare con la tecnologia OLED. Questa permette di realizzare superfici emissive sottili, flessibili e uniformi, aprendo la strada a nuove possibilità impensabili con le tecnologie LED tradizionali.
Dagli schermi alla fotonica: l’evoluzione della tecnologia OLED
Nati a fine anni’80 per rivoluzionare il mondo dei display, gli OLED si distinguono dai LED tradizionali per l’uso di semiconduttori ed emettitori basati su sistemi organici che emettono luce quando attraversati da corrente elettrica (proprietà chiamata elettroluminescenza). Questo consente la realizzazione di schermi molto sottili, flessibili, con colori brillanti e consumi ridotti.
Negli ultimi anni, la ricerca ha esteso le potenzialità degli OLED anche al vicino infrarosso. I NIR- OLED (Fig.3) combinano i vantaggi dei materiali organici con le proprietà della luce infrarossa, aprendo nuove applicazioni nei settori dell’imaging, della sicurezza e della salute. Inoltre, riducono la dipendenza da materiali rari e critici, spesso importati da paesi geopoliticamente instabili, offrendo un vantaggio strategico e tecnologico.
OLED NIR: opportunità e vantaggi competitivi
I ricercatori Alberto Bossi, Marta Penconi e Umberto Giovanella dello SCITEC-CNR (Fig. 4) hanno sviluppato, e protetto a livello internazionale (brevetto WO_2024256935_A1 del 07/06/2024), una nuova generazione di materiali emissivi nel NIR, già validati in laboratorio in prototipi OLED realizzati sia su supporti rigidi che flessibili. L’adozione di questi sistemi su scala industriale offrirebbe numerosi vantaggi rispetto alle sorgenti NIR tradizionali (quali i LED inorganici):
- Flessibilità, leggerezza e portabilità: gli OLED possono essere stampati su supporti plastici sottili, flessibili o addirittura trasparenti, ideali per dispositivi indossabili o integrati in superfici curve.
- Produzione a basso costo: la possibilità di fabbricare OLED con tecniche di stampa o deposizione roll-to-roll apre la strada a produzioni su larga scala economicamente vantaggiose.
- Compatibilità con l’elettronica organica: i NIR-OLED possono essere integrati con sensori e circuiti organici, contribuendo alla creazione di sistemi interamente flessibili.
- Riduzione delle dipendenze da materiali critici e rari
Applicazioni della luce NIR: un ponte tra sicurezza e ambiti civili
Uno degli ambiti principali di utilizzo della luce NIR è la sicurezza. Le telecamere NIR, ad esempio, permettono la visione notturna catturando la luce riflessa dagli oggetti anche al buio. Questa tecnologia è impiegata in sistemi di sorveglianza, riconoscimento facciale in condizioni di scarsa illuminazione, comunicazioni criptate e guida autonoma.
Nel contesto civile, la luce NIR trova spazio in dispositivi smart home, lettori biometrici per smartphone e sistemi di videosorveglianza urbana. L’integrazione di sorgenti NIR-OLED rende questi dispositivi più compatti, leggeri, efficienti e adattabili a superfici curve o flessibili.
Luce NIR e salute: un alleato per la medicina del futuro
In ambito medico, la luce NIR è utilizzata per eseguire diagnosi non invasive. Grazie alla sua capacità di penetrare nei tessuti organici (pelle, derma, ipoderma..) viene impiegata in tecniche di imaging 2D o 3D, per monitorare l’ossigenazione del sangue, o valutare la funzionalità muscolare.
I NIR-OLED offrono una nuova opportunità in questo ambito: la loro flessibilità e compatibilità con la pelle li rende ideali per lo sviluppo di sensori indossabili, per monitorare in tempo reale parametri fisiologici, come la frequenza cardiaca, la saturazione o la circolazione periferica. Inoltre, la possibilità di integrati in patch sottili e conformabili li rende adatti come point-of-care per la telemedicina e al monitoraggio domiciliare ma anche a terapie fotodinamiche in grado attivare selettivamente, e con precisione spaziale dell’ordine dei micron, farmaci e o processi fototermici per il trattamento di patologie.
Controlli alimentari e qualità: il potere invisibile del NIR
Il settore agroalimentare è un altro grande beneficiario della tecnologia NIR. La spettroscopia nel vicino infrarosso permette di analizzare la composizione degli alimenti (contenuto di acqua, zuccheri…) e delle materie prime in modo rapido e senza distruggere il campione e di valutare l’autenticità e genuinità del prodotto.
L’integrazione di NIR-OLED in sensori portatili può trasformare radicalmente le pratiche di controllo qualità. Dispositivi compatti e a basso costo potrebbero essere utilizzati direttamente sul campo, nei supermercati o nelle cucine industriali, per garantire la freschezza dei prodotti o verificare l’integrità degli imballaggi.
Anticontraffazione e monitoraggio ambientale: nuove armi tecnologiche
Un’applicazione meno nota ma altamente promettente è quella dell’anticontraffazione. Inchiostri o etichette invisibili alla luce visibile, ma rilevabili con utilizzo di radiazione NIR, possono essere utilizzati per proteggere documenti ufficiali, banconote, passaporti o prodotti di lusso. I NIR-OLED , integrati in lettori o scanner mobili, offrono una soluzione compatta e affidabile per la verifica dell’autenticità.
Anche il monitoraggio ambientale può beneficiare di queste tecnologie. Sensori basati su luce NIR sono in grado di rilevare cambiamenti nella composizione atmosferica o nella superficie terrestre, utili per la gestione delle risorse naturali o la prevenzione di incendi.
Uno sguardo al futuro
La luce solare fornisce illuminazione che comprende il visibile e l’infrarosso, fondamentale per la salute. La permanenza prolungata in ambienti chiusi rende cruciale la qualità dell’illuminazione. L’illuminazione LED ha ridotto parte dello spettro fornito per risparmiare energia, influenzando quindi il benessere. Nel futuro i NIR-OLED potranno integrare nei sistemi di illuminazione la radiazione NIR “persa” senza perdere l’efficienza energetica.
Il futuro dei NIR-OLED è strettamente legato all’evoluzione dei materiali e dei processi produttivi. Oggi i laboratori di ricerca del CNR-SCITEC sono all’avanguardia nello sviluppo di materiali più efficienti, stabili e sostenibili. Le prossime sfide? Validare la tecnologia in contesti reali (medico o alimentare) e sviluppare dispositivi pronti per l’industrializzazione (Fig. 4).
In copertina: i laboratori presso il CNR-SCITEC per lo sviluppo di NIR-OLED
