Descrizione della commessa "Soft Materials nano strutturati per fotonica, modelli teorici, tecniche ottiche di dispositivi e sistemi per applicazioni (MD.P01.015)"

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  • Descrizione della commessa "Soft Materials nano strutturati per fotonica, modelli teorici, tecniche ottiche di dispositivi e sistemi per applicazioni (MD.P01.015)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Per quanto riguarda i microlaser organici questi sono di particolare interesse in quanto trattasi di sistemi di indagine medica non invasivi. Riguardo allo spettrometro per il dicroismo circolare, esso riveste perticolare importanza nella chimica dei prodotti naturali, nella farmaceutica, nella biologia cellulare etc, in quanto le proprietà chirali sono proprietà intrinseche delle biomolecole e in molti materiali chimici di sintesi. Trovano applicazioni nella sensoristica sia le miscele a cristallo liquido per i raggi UV sia film polimerici per l'acidità di ambienti e soluzioni. Le applicazioni fotovoltaiche basate su materiali organici dovrebbero avere un grande impato per la diminuzione dell'emissione di gas serra nell'atmosfera in quanto il loro minore costo e la maggiore adattabilità architettonica rispetto al fotovoltaico inorganico ne dovrebbero favorire una maggiore diffusione. (literal)
Strumentazione
  • Large Facility: Class 100 Clean Room attrezzata con: Due sistemi per la deposizione termica sotto vuoto di film sottili di materiali organici ed inorganici (uno a sorgente quadrupla) Tre cappe a flusso laminare 1 rubbing machine, 2 spin-coater, 1 dip-coater, 1 vasca di Langmuir, 3 hot-plates Attrezzatura per micro-fotolitografia Sistema di vuoto per riempimento celle (film, strutture porose ecc.) Profilometro a stilo Glove box (3) in ambiente di Ar ' Laboratorio di microscopia elettronica dotato di SEM e TEM ' 3 sistemi AFM-STM-SNOM-SFA ' Microscopi ottici a luce polarizzata con sistema micro-fotometrico ' Ellissometro ' Laser impulsato Q-switched a stato solido Nd:YAG mod. Continuum Surelite II ' Laser in continua a gas ioni argo mod. Innova 90 Coherent ' Laser impulsato Nd:YAG mod. Tempest 20 New Wave ' Laser impulsato ad Azoto ' Spettrometri a fibra ottica in trasmissione e riflessione ' Riflettometro X ' Diffrattometri a raggi X sia su polveri che per cristallo singolo ' Spettrofluorimetro risolto nel tempo ' Sistema per multiwave mixing a 633 nm ed a 532 nm ' Strumentazione ottica ed elettronica di base. (literal)
  • Large Facility: Class 100 Clean Room attrezzata con: Due sistemi per la deposizione termica sotto vuoto di film sottili di materiali organici ed inorganici (uno a sorgente quadrupla) Tre cappe a flusso laminare 1 rubbing machine, 2 spin-coater, 1 dip-coater, 1 vasca di Langmuir, 3 hot-plates Attrezzatura per micro-fotolitografia Sistema di vuoto per riempimento celle (film, strutture porose ecc.) Profilometro a stilo Glove box (3) in ambiente di Ar ' Surface Force Apparatutus - SFA ' Laboratorio di microscopia elettronica dotato di SEM e TEM ' 3 sistemi AFM-STM-SNOM-SFA ' Microscopi ottici a luce polarizzata con sistema micro-fotometrico ' Ellissometro ' Laser impulsato Q-switched a stato solido Nd:YAG mod. Continuum Surelite II ' Laser in continua a gas ioni argo mod. Innova 90 Coherent ' Laser impulsato Nd:YAG mod. Tempest 20 New Wave ' Laser impulsato ad Azoto ' Spettrometri a fibra ottica in trasmissione e riflessione ' Riflettometro X ' Diffrattometri a raggi X sia su polveri che per cristallo singolo ' Spettrofluorimetro risolto nel tempo ' Sistema per multiwave mixing a 633 nm ed a 532 nm ' Strumentazione ottica ed elettronica di base. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Studio di proprietà ottiche, elettroottiche e fenomeni di superficie in materiali organici amorfi, cristalli liquidi e materiali biologici. Memorie ottiche (permanenti, riscrivibili, statiche e dinamiche), laser organici privi di cavità esterna (senza specchi) accordabili in lunghezza d'onda sia a struttura periodica indotta da scrittura laser (DFB) sia a band-gap intrinseca sistemi chirali, PBG), interruttori ottici ed elementi ottici diffrattivi. Proprietà di organizzazione supra-molecolare in materiali soffici amorfi, mesomorfi o cristallini, anche chirali, come mezzo per esaltare le proprietà molecolari. Produzione e caratterizzazione di materiali soffici di nuova generazione nano-strutturati (es. meta materiali) Studi di proprietà tribologiche di materiali organici biologici e non. Applicazioni nelle aree delle telecomunicazioni e le IT, biomediche, manifatturiere, dell'energia (fotovoltaico organico), dell'illuminazione (LED e LEC) e sensoristiche. Gli sviluppi dei materiali molecolari sono promettenti, si tratta di migliorare le loro proprietà ottiche ed elettroniche da affiancare alle loro qualità (flessibilità strutturale, unita alla leggerezza ed al basso costo). (literal)
  • Studio di proprietà ottiche, elettroottiche e fenomeni di superficie in materiali organici amorfi, cristalli liquidi e materiali biologici. Memorie ottiche (permanenti, riscrivibili, statiche e dinamiche), laser organici privi di cavità esterna (senza specchi) accordabili in lunghezza d'onda sia a struttura periodica indotta da scrittura laser (DFB) sia a band-gap intrinseca sistemi chirali, PBG), interruttori ottici ed elementi ottici diffrattivi. Proprietà di organizzazione supra-molecolare in materiali soffici amorfi, mesomorfi o cristallini, anche chirali, come mezzo per esaltare le proprietà molecolari. Produzione e caratterizzazione di materiali soffici di nuova generazione nano-strutturati (es. meta materiali) Studi di proprietà tribologiche di materiali organici biologici e non. Applicazioni nelle aree delle telecomunicazioni e le IT, biomediche, manifatturiere, dell'energia (fotovoltaico organico), dell'illuminazione (LED e LEC) e sensoristiche. Gli sviluppi sui materiali molecolari sono promettenti, si tratta di migliorare le loro proprietà ottiche ed elettroniche da affiancare alle loro qualità (flessibilità strutturale, unita alla leggerezza ed al basso costo). (literal)
Competenze
  • Gestione di strumentazione complessa di laboratorio (sistemi laser, spettrometria, microscopia ottica, microscopia a sonda, microscopia elettronica, sistemi di acquisizione dati, ellissometria, riflettometria X etc.); Realizzazione di apparati sperimentali per la caratterizzazione ottica ed elettroottica di materiali; Elaborazione dati (per mezzo di pacchetti software vari); Progettazione e realizzazione di nuova strumentazione; Realizzazione di prototipi. Inoltre, fra i partecipanti sono presenti competenze di sintesi di supporto alle varie tematiche. Fra le competenze specifiche vi sono: Studio di proprietà ed applicazioni di materiali mesomorfi Studio di proprietà di fotogenerazione e fotoconduzione di materiali molecolari Studio di proprietà derivanti dall'interazione fra materiali molecolari e luce (luminescenza, fotorifrattività) Analisi morfologica e spettroscopia di forza mediante tecniche AFM e SFA Analisi proprietà cristalline e proprietà superficiali (rugosità) mediante tecniche a raggi X. Diagrammi di fase Preparazione di film sottili con diverse tecniche. (literal)
  • Gestione di strumentazione complessa di laboratorio (sistemi laser, spettrometria, microscopia ottica, microscopia a sonda, microscopia elettronica, sistemi di acquisizione dati, ellissometria, riflettometria X etc.); Realizzazione di apparati sperimentali per la caratterizzazione ottica ed elettroottica di materiali; Elaborazione dati (per mezzo di pacchetti software vari); Progettazione e realizzazione di nuova strumentazione; Realizzazione di prototipi. Inoltre, fra i partecipanti sono presenti competenze di sintesi di supporto alle varie tematiche. Fra le competenze specifiche vi sono: Sintesi di composti organometallici e di complessi transizione Sintesi di materiali liquido cristallini Studio di proprietà ed applicazioni di materiali mesomorfi Studio di proprietà di fotogenerazione e fotoconduzione di materiali molecolari Studio di proprietà derivanti dall'interazione fra materiali molecolari e luce (luminescenza, fotorifrattività) Analisi morfologica e spettroscopia di forza mediante tecniche AFM e SFA Analisi proprietà cristalline e proprietà superficiali (rugosità) mediante tecniche a raggi X. Diagrammi di fase Preparazione di film sottili con diverse tecniche. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • - Microlaser organici: Sistemi spettroscopici portatili per applicazioni mediche, per il monitoraggio ambientale, etc. Sorgenti di luce monocromatica coerente, telecomunicazioni - Spettrometro per dicroismo circolare: analisi tossicologiche, nel controllo di qualità dei cibi e dei farmaci e nella cosmetica in biochimica, biomedicina. - Semiconduttori molecolari e polimerici per applicazioni in elettronica, optoelettronica, fotonica e fotovoltaico alternativi ai materiali inorganici. - Schermi e dispositivi elettro-ottici innovativi a cristalli liquidi (display multistabili e veloci). - Dispositivi elettrocromici e di ottica adattativa. - Software di analisi della propagazione dei fronti d'onda ottici in sistemi materiali. (literal)
  • - Microlaser organici: Sistemi spettroscopici portatili per applicazioni mediche, per il monitoraggio ambientale, etc. Sorgenti di luce monocromatica coerente, telecomunicazioni - Spettrometro per dicroismo circolare: analisi tossicologiche, nel controllo di qualità dei cibi e dei farmaci e nella cosmetica in biochimica, biomedicina. - Semiconduttori molecolari e polimerici per applicazioni in elettronica, optoelettronica o fotonica alternativi ai materiali inorganici. - Schermi e dispositivi elettro-ottici innovativi a cristalli liquidi (schermi multistabili e veloci). - Dispositivi elettrocromici e di ottica adattativa. - Software di analisi di fronti d'onda in sistemi ottici. (literal)
Tecnologie
  • Le tecnologie a disposizione dei componenti della Commessa includono: - Deposizione di film sottili (organici ed inorganici) per evaporazione termica, PVD, CVD, spin coating (organici), LB e loro caratterizzazione - Trattamenti di superfici di confinamento e tecniche associate (rubbing, shearing, campi elettrici etc.) per l'ottenimento di macrodomini orientati di cristalli liquidi - Metodiche di separazione di fase per l'ottenimento di materiali compositi a morfologia controllata - Manipolazione di materiali in ambiente anidro e in assenza di ossigeno (glove box) - Spettroscopia di forza con tecniche AFM e SFA su materiali organici (literal)
Obiettivi
  • La commessa ha il fine di continuare e rinforzare la ricerca italiana nel campo della materia e dei materiali soffici. L'attività di ricerca non riguarda soltanto gli aspetti fondamentali, ma anche quelli applicativi e di trasferimento tecnologico nella soft matter: iniziando dalla sintesi di nuovi materiali, si giunge alle possibili applicazioni, passando per le fasi di caratterizzazione fisico-chimica dei sistemi di interesse per il Laboratorio. La maggior parte delle risorse è impegnata nel campo dei materiali micro e nano strutturati (materiali fotonici e meta-materiali), benchè sistemi e materiali più convenzionali siano comunque presi in considerazione (materiali fotorifrattivi per olografia, lasing da sistemi disordinati, semi-conduttori organici, fluidi complessi ecc.). Una ulteriore attività è focalizzata sullo studio delle proprietà chimico-fisiche e nano-reologiche di molecole biologiche, essenzialmente idrofobine, polielettroliti e glicoproteine mucinose, anche a livello supramolecolare. Per un maggiori dettagli si rimanda ai relativi moduli. (literal)
  • La commessa ha il fine di continuare e rinforzare la ricerca italiana nel campo della materia e dei materiali soffici. L'attività di ricerca non riguarda soltanto gli aspetti fondamentali, ma anche quelli applicativi e di trasferimento tecnologico nella soft matter: iniziando dalla sintesi di nuovi materiali, si giunge alle possibili applicazioni, passando per le fasi di caratterizzazione fisico-chimica dei sistemi di interesse per il Laboratorio. La maggior parte delle risorse è impegnata nel campo dei materiali micro e nano strutturati (materiali fotonici e meta-materiali), benchè sistemi e materiali più convenzionali siano comunque presi in considerazione (materiali fotorifrattivi per olografia, lasing da sistemi disordinati, semi-conduttori organici, fluidi complessi ecc.). Infine, una seed activity avviata da un anno è focalizzata sullo studio delle proprietà chimico-fisiche e nano-reologiche di molecole biologiche, essenzialmente idrofobine, polielettroliti e glicoproteine mucinose, anche a livello supramolecolare. Per un maggior dettaglio si rimanda alla sezione relativa ai moduli. (literal)
Stato dell'arte
  • Lo ricerca sulla soft matter ha subito un forte impulso a causa delle ricadute sullo sviluppo tecnologico. Vi sono molti dispositivi basati su polimeri, cristalli liquidi, coloranti etc. Nella fotonica, noi studiamo questi materiali per applicazioni in memorie ottiche, laser a bandgap fotonica, elementi diffrattivi etc. I semiconduttori polimerici sono oggetto di approfondite ricerche per il loro interesse in elettronica, optoelettronica o fotonica in luogo dei materiali inorganici (optical storage, diodi LED, elettronica flessibile, sensori e dispositivi fotovoltaici) L'elettro-ottica è ben nota ma le proprietà di risposta dei cristalli liquidi possono venire migliorate ottimizzando le miscele usate o ottimizzando gli strati allineanti di superificie. La nuova frontiera è costituita dai materiali strutturati su scala nanoscopica e microscopica (meta-materiali ottici e per onde sub millimetriche) con caratteristiche elettromagnetiche non riscontrabili nei materiali usuali (left handed materials) Le ricerche di materiali in campo bio sono dettate dalla necessità di trovare sistemi biocompatibili e di comprendere i meccanismi di adesione e di frizione. (literal)
  • La ricerca sulla soft matter ha subito un forte impulso a causa delle ricadute sullo sviluppo tecnologico. Vi sono molti dispositivi basati su polimeri, cristalli liquidi, coloranti etc. Nella fotonica questi materiali sono studiati per applicazioni in memorie ottiche, laser organici, elementi diffrattivi etc. I semiconduttori polimerici sono oggetto di approfondite ricerche per il loro interesse in elettronica, optoelettronica o fotonica in luogo dei materiali inorganici. Le ricadute applicative sono optical storage, diodi LED, elettronica flessibile, sensori e dispositivi fotovoltaici. L'elettro-ottica è ben nota ma le proprietà di risposta dei cristalli liquidi possono venire migliorate ottimizzando le miscele usate o ottimizzando gli strati allineanti di superificie. La nuova frontiera è costituita dai materiali strutturati su scala nanoscopica e microscopica (meta-materiali ottici e per onde sub millimetriche) con caratteristiche elettromagnetiche non riscontrabili nei materiali usuali (left handed materials) Lo studio dei materiali in campo biologico sono dettate dalla necessità di trovare sistemi biocompatibili e di comprendere i meccanismi di adesione e di frizione. (literal)
Tecniche di indagine
  • - Spettroscopie per lo studio della struttura molecolare - Fluorescenza risolta nel tempo per lo studio di stati elettronici di sistemi molecolari - Voltammetria ciclica - Raggi-x sia su cristalli singoli, polveri e film sottili - Mobilità, fotoconduzione e fotogenerazione in sistemi molecolari - Tecniche olografiche multionda - Microscopia ottica - Tecniche calorimetriche (TGA, DSC) - Tecniche interferometriche di intensità e di polarizzazione con diverse geometrie e diversi pattern di interferenza - Tecniche di wave-mixing (miscelazione a più onde), quali il Two Beam Coupling e il Degenerate Four-Wave Mixing - Tecniche di spettroscopia ottica - Tecniche nanoscopiche a forza atomica AFM, STM e SFA - Tecniche di spettroscopia elettronica SEM, TEM - Riflettometria X (literal)
  • - Spettroscopie per lo studio della struttura molecolare - Fluorescenza risolta nel tempo per lo studio di stati elettronici di sistemi molecolari - Voltammetria ciclica - Raggi-x sia su cristalli singoli, polveri e film sottili - Misure di forza in film sottili nanostrutturati - Mobilità, fotoconduzione e fotogenerazione in sistemi molecolari - Tecniche olografiche multionda - Microscopia ottica - Tecniche calorimetriche (TGA, DSC) - Tecniche interferometriche di intensità e di polarizzazione con diverse geometrie e diversi pattern di interferenza - Tecniche di wave-mixing (miscelazione a più onde), quali il Two Beam Coupling e il Degenerate Four-Wave Mixing - Tecniche di spettroscopia ottica - Tecniche nanoscopiche a forza atomica AFM, STM e SFA - Tecniche di spettroscopia elettronica SEM, TEM - Riflettometria X (literal)
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