Descrizione della commessa "Sviluppo di strumentazione e di metodologie sperimentali avanzate per lo studio delle proprieta strutturali dei materiali con raggi X da sincrotrone (MD.P04.007)"

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  • Descrizione della commessa "Sviluppo di strumentazione e di metodologie sperimentali avanzate per lo studio delle proprieta strutturali dei materiali con raggi X da sincrotrone (MD.P04.007)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • La metodologia EXAFS sta acquisendo una notevole importanza nello studio di alcuni fenomeni di inquinamento per la sua capacita' di fornire la \"speciazione\" chimica delle impurezze inquinanti. (literal)
  • La metodologia EXAFS sta acquisendo una notevole importanza nello studio di alcuni fenomeni di inquinamento per la sua capacita' di fornire la \"speciazione\" chimica delle impurezze inquinanti, cioè di determinarne la specie chimica sotto cui l'inquinante è presente nel materiale. (literal)
Strumentazione
  • La commessa dispone della strumentazione della beamline di luce di sincrotrone GILDA presso l' European Synchrotron Radiation Facility di Grenoble. La beamline utilizza il fascio di raggi X emesso da un magnete curvante e provvede alla monocromatizzazione ed alla focalizzazione fornendo agli utilizzatori un fascio di raggi X nell'intervallo spettreale 4 - 80 KeV, risoluzione dell' ordine di 10^(-4), di dimensione millimetrica ed intensità dell' ordine di 10^10 photoni/s. Il fascio viene utilizzato in diversi apparati sperimentali che consentono la misura del coefficiente di assorbimento in trasmissione, in fluorescenza, in riflessione totale ed in resa elettronica in un ampio intervallo di temperatura. E' disponibile anche strumentazione che consente la misura di spettri di diffrazione di polveri mediante un rivelatore bidimensionale. E' in fase di realizzazione un apparato per misure di spettroscopia risolte in tempo, per il mapping tridimensionale mediante fluorescenza X e di misura della luminescenza ottica. La strumentazione utilizzata consente anche la registrazione di diffrattogrammi risolti in tempo, con risoluzione temporale dell'ordine del secondo. (literal)
  • La strumentazione principale e' la beamline GILDA, la linea di luce di sincrotrone italiana presso il sincrotrone europeo ESRF a Grenoble. Gilda utilizza la emissione di un magnete curvo di ESRF, fornendo agli esperimenti un fascio di raggi X monocromatico nell'intervallo 4 - 80 KeV e focheggiato a dimensioni dell'ordine del millimetro. Nei punti focali vengono eseguiti gli esperimenti di assorbimento di raggi X e di diffrazione. Il coefficiente di assorbimento di raggi X e' misurato sia direttamente in trasmissione sia indirettmente in fluorescenza o total electron yield, nell'intervallo di temperature 4 - 500K. E' possibile anche la misura in riflessione totale, per evidenziare il contributo della superficie rispetto a quello del bulk. Opportune celle chimiche consentono il trattamento in situ dei materiali investigati in temperatura e/o con reagenti chimici particolari. La stazione di diffrazione, dotata di un diffrattometro e di un imaging plate traslante, consente misure di diffrazione a polveri di altissima qualita' e risoluzione in solo pochi secondi di esposizione; consente anche lo studio di cinetiche con tempi tipici del secondo. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Sperimentazione basata su assorbimento e diffrazione di raggi X per l'analisi delle proprieta' strutturali, con particolare attenzione a quelle locali di metalli, semiconduttori e materiali magnetici, di materiali nanostrutturati, di sistemi biologici e catalizzatori di interesse industriale, di materiale di interesse della Scienza della Terra, Archeometria ed inquinamento ambientale. Sviluppo di metodologie sperimentali per l'utilizzo dei raggi X duri di sincrotrone, di nuove componenti ottiche e di rivelazione del segnale. Sviluppo di metodologie avanzate di analisi dei dati di spettri di assorbimento e di diffrazione X. (literal)
  • Sperimentazione basata su diffrazione, assorbimento di raggi-X e utilizzo di radiazione coerente di raggi-X, per l'analisi delle proprieta' strutturali, con particolare attenzione a quelle locali di metalli, semiconduttori e materiali magnetici, di materiali nanostrutturati, di sistemi biologici e catalizzatori di interesse industriale, di materiale di interesse della Scienza della Terra, Archeometria ed inquinamento ambientale. Sviluppo di metodologie sperimentali per l'utilizzo dei raggi-X duri di sincrotrone, di nuove componenti ottiche e di rivelazione del segnale. Sviluppo di metodologie avanzate di analisi dei dati di spettri di assorbimento e di diffrazione X. (literal)
Competenze
  • I partecipanti alla commessa hanno una approfondita conoscenza delle metodologie sperimentali per il focheggiamento, la monocromatizzazione e la misura di raggi X emessi da un sincrotrone. Hanno sviluppato una profonda conoscenza nelle problematiche relative alla realizzazione, collaudo ed utilizzazione di beamlines. Conoscono approfonditamente sia gli aspetti sperimentali sia gli aspetti relativi al trattamento ed alla analisi dei dati della spettroscopia di raggi X e della diffrazione. Hanno competenze approfondite in alcuni campi della scienza dei materiali e precisamente i materiali nanostrutturati, le impurezze luminescenti in semiconduttori e vetri, i semiconduttori magnetici diluiti. Hanno competenze per fornire consulenza scientifica e tecnica in molti ambiti relativamente alle metodologie utilizzate. (literal)
  • I partecipanti alla commessa hanno una approfondita conoscenza delle metodologie sperimentali per il focheggiamento, la monocromatizzazione e la misura di raggi X emessi da un sincrotrone. Hanno sviluppato una profonda conoscenza nelle problematiche relative alla realizzazione, collaudo ed utilizzazione di beamlines. Conoscono approfonditamente sia gli aspetti sperimentali sia gli aspetti relativi al trattamento ed alla analisi dei dati della spettroscopia di raggi X e della diffrazione. Hanno competenze approfondite in alcuni campi della scienza deimateriali e precisamente i materiali nanostrutturati, le impurezze luminescenti in semiconduttori e vetri, i semiconduttori magnetici diluiti. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Gli obiettivi scientifici della commessa sono rivolti allo studio di materiali di potenziale interesse applicativo in particolare materiali magnetici, materiali nanostrutturati, semiconduttori, materiali luminescenti e catalizzatori, con lo scopo di chiarire la interrelazione tra le proprieta' strutturali locali e le proprieta' fisiche dei sistemi. Di rilievo sono le indagini eseguite in ambito ambientale per la determinazione dei sito di fissaggio e della speciazione di inquinanti nei suoli, in particolato atmosferico ed in materiali vari. (literal)
  • Gli obiettivi scientifici della commessa sono rivolti allo studio di materiali di potenziale interesse applicativo in particolare materiali magnetici, materiali nanostrutturati, semiconduttori, materiali luminescenti e catalizzatori, con lo scopo di chiarire la interrelazione tra le proprieta' strutturali locali e le proprieta' fisiche dei sistemi. Di rilievo sono le indagini eseguite in ambito ambientale per la determinazione dei sito di fissaggio e della speciazione di inquinanti nei suoli, in particolato atmosferico ed in materiali vari. (literal)
Tecnologie
  • Le metodologie principali utilizzate sono: la monocromatizzazione di raggi X duri mediante cristalli perfetti, il focheggiamento di raggi X duri mediante sia cristalli sia specchi ad incidenza radente,misura della intensita' di raggi X duri con camere ad ionizzazione, rivelatori a stato solido ed a gas, sistemi di monitoraggio e controllo di fasci di raggi X, programmi per la modellizzazione del coefficiente di assorbimento, analisi dei dati di diffrazione mediante metodologia Rietvield. (literal)
  • Le metodologie sperimentali principali utilizzate sono: la monocromatizzazione di raggi X duri mediante cristalli perfetti, il focheggiamento di raggi X duri mediante sia cristalli sia specchi ad incidenza radente, la misura della intensita' di raggi X duri con camere ad ionizzazione, rivelatori a stato solido ed a gas, sistemi di monitoraggio e controllo di fasci di raggi X, sistemi di misura delle luminescenza ottica di materiali eccitati da raggi X e di misura risolta in spazio della fluorescenza X, programmi per la modellizzazione del coefficiente di assorbimento, analisi dei dati di diffrazione mediante metodologia Rietvield. (literal)
Obiettivi
  • Sviluppare nuova strumentazione e nuove metodologie per la caratterizzazione strutturale di materiali avanzati cristallini, amorfi, soffici e biologici. Studiare e correlare le proprietà strutturali locali e complessive dei materiali con peculiari proprietà macroscopiche degli stessi. Sviluppare metodologie innovative di indagine utili in svariati campi tra cui l' archeometria, la chimica, la medicina, l'ambiente. (literal)
  • Sviluppare nuova strumentazione e nuove metodologie per la caratterizzazione strutturale di materiali avanzati cristallini, amorfi, soffici e biologici, mediante l'utilizzazione della luce di sincrotrone nel campo dei raggi X duri. Sviluppare metodologie innovative per applicazioni di indagine archeometrica, biomedica, dinamica. (literal)
Stato dell'arte
  • I raggi X di sincrotrone sono una flessibile e potente sonda per lo studio delle proprietà strutturali, elettroniche, magnetiche e dinamiche della materia. Presso la facility di luce di sincrotrone europea ESRF sita a Grenoble sono disponibili decine di beamlines che sfruttano la estrema intensita' e collimazione dei raggi X emessi dal sincrotrone consentendo la realizzazione di esperimenti di assorbimento altrimenti non realizzabili di interesse non solo per la Fisica e la Scienza dei Materiali ma anche per la Chimica, la Biologia, le Scienze della Terra, l'Ambiente, la Medicina. La beamline di luce di sincrotrone italiana GILDA e' oggi una delle piu' avanzate e potenti beamline esistenti per la misura del coefficiente di assorbimento su sistemi diluiti; essa consente anche misure di diffrazione da polveri ad alta risoluzione e risolta in tempo. Sia GILDA sia il laboratorio del Gruppo Operativo di Grenoble sono per la comunita' italiana le strutture di riferimento per l'accesso al sincrotrone europeo ESRF. (literal)
  • I raggi X di sincrotrone sono una flessibile e potente sonda per lo studio delle proprietà strutturali, elettroniche, magnetiche e dinamiche della materia. Presso la facility di luce di sincrotrone europea ESRF sita a Grenoble sono disponibili decine di beamlines che sfruttano la estrema intensita' e collimazione dei raggi X emessi dal sincrotrone consentendo la realizzazione di esperimenti di scattering e di assorbimento altrimenti non realizzabili di interesse non solo per la Fisica e la Scienza dei Materiali ma anche per la Chimica, la Biologia, le Scienze della Terra, l'Ambiente, la Medicina. La beamline di luce di sincrotrone italiana GILDA e' oggi una delle piu' avanzate e potenti beamline esistenti per la misura del coefficiente di assorbimento su sistemi diluiti; essa onsente anche misure di diffrazione a polveri ad alta risoluzione e risolta in tempo. Sia GILDA sia il laboratorio del Gruppo Operativo di Grenoble sono per la comunita' italiana le strutture di riferimento per l'accesso al sincrotrone europeo ESRF. (literal)
Tecniche di indagine
  • Le metodiche sperimentali sono l'assorbimento di raggi X e la diffrazione da polveri. La spettroscopia di assorbimento di raggi X sia nella regione di soglia (XANES) sia nella regione estesa (EXAFS) e' un potente mezzo di indagine sulle proprieta' strutturali locali dei materiali, in particolare quando la struttura locale determina le proprieta' chimico fisiche di un materiale. Richiede l'uso della luce di sincrotrone opportunamente monocromatizzata e focheggiata, di rivelatori di raggi X per la misura della intensita' trasmessa da un campione o da esso emessa per fluorescenza; la difficolta' principale e' dovuta alla necessita' di misurare il coefficiente di assorbimento con un rapporto segnale rumore ed una linearita' dell'ordine di una parte su 100.000 . L'analisi dei dati e richiede l'uso di metodiche di analisi dei dati avanzate, che nella regione di soglia sono ancora in parte in via di sviluppo. La diffrazione e' una metodica molto piu' classica che si avvantaggia della intensita' e della collimazione della luce di sincrotrone consentendo sia misure ad alta risoluzione angolare sia di misure risolte in tempo con risoluzione dell'ordine delle centinaia di millisecondi (literal)
  • Le metodiche sperimentali di indagine sono l'assorbimento di raggi X e la diffrazione da polveri. La spettroscopia di assorbimento di raggi X sia nella regione di soglia (XANES) sia nella regione estesa (EXAFS) e' un potente mezzo di indagine sulle proprieta' strutturali locali dei materiali, in particolare quando la struttura locale determina le proprieta' chimico fisiche di un materiale. Richiede l'uso della luce di sincrotrone opportunamente monocromatizzata e focheggiata, di rivelatori di raggi X per la misura della intensita' trasmessa da un campione o da esso emessa per fluorescenza; la difficolta' principale e' dovuta alla necessita' di misurare il coefficiente di assorbimento con un rapporto segnale rumore ed una linearita' dell'ordine di una parte su 100.000 . L'analisi dei dati e richiede l'uso di metodiche di analisi dei dati avanzate. La diffrazione e' una tecnica sperimentale molto piu' classica che si avvantaggia della intensita' e della collimazione della luce di sincrotrone consentendo sia misure ad alta risoluzione angolare sia di misure risolte in tempo con risoluzione dell'ordine delle centinaia di millisecondi. (literal)
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