Descrizione della commessa "Tecnologie e materiali ceramici per applicazioni energetiche (PM.P03.019)"

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  • Descrizione della commessa "Tecnologie e materiali ceramici per applicazioni energetiche (PM.P03.019)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • I risultati attesi nello sviluppo di SOFC, di celle fotovoltaiche di terza generazione e di sitemi di accumulo elettrico, consente la promozione delle stesse tramite tecnologie nazionali per la produzione di energia a basso impatto ambientale. La diffusione di questi dispositivi non è solo legata alla loro efficienza funzionale o costo ma anche ad una prolungata stabilità meccanica nelle condizioni di utilizzo: una loro diffusione non può quindi prescindere da un'attenta analisi meccanica-strutturale. In generale, tutti questi dispositivi risultano in linea con il SET Plan europeo e possono contribuire significativamente al raggiungimento dell'obiettivo fissato da Europe 2020 per lo sviluppo sostenibile connesso alla riduzione dei gas serra e alla produzione energetica da fonti rinnovabili. (literal)
Strumentazione
  • L'attività della commessa prevede l'utilizzo di apparecchiature specifiche per la produzione di film spessi (tape casting e serigrafia) e sottili (spray atmosferico e ink-jet) così come apparecchiature più generalmente utilizzate per la formatura in ambito ceramico come presse (a caldo o a freddo, isostatiche o lineari) e estrusori. I successivi processi di de-bonding e sinterizzazione dei singoli elementi o multi laminati realizzati si avvalgono della presenza di diversi forni in aria o atmosfera controllata nonché di tutta la strumentazione necessaria per un'adeguata caratterizzazione chimico-fisica, morfologica e strutturale (ICP-AES, XRD, SEM con microsonda, microscopia ottica, profilometro fuori contatto, BET, analisi granulometrica, porosimetro).La commessa si è recentemente dotata delle necessarie apparecchiature per creare un laboratorio specificatamente dedicato alla caratterizzazione di celle fotovoltaiche di terza generazione (simulatore solare, stazione potenziostatica e misuratore di efficienza quantica con relativo banco ottico). La commessa utilizza inoltre apparecchiature per la caratterizzazione meccanica anche in temperatura e atmosfera controllata di materiali. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Studio e ottimizzazione dei processi di produzione (serigrafia, colaggio su nastro, spray atmosferico e inkjet, pressatura) di dispositivi per applicazioni energetiche e elettroniche.Tecniche di formatura net shape (gel-casting e freeze-drying) e di colaggio su stampi di gesso per la produzione di manufatti a forma complessa (anime ceramiche microturbine, elementi per motori, etc.). Sviluppo di celle a combustibile SOFC a conduzione anionica e protonica, anodo- e metallo-supportate con tecnologie convenzionali e a basso impatto ambientale. Studio e ottimizzazione di processi ceramici per la produzione di elettrolizzatori, membrane per la separazione di gas e termoelettrici. Sintesi di sospensioni colloidali stabili per applicazioni energetiche (e.g nanolubrificanti, nanorefrigenranti).Studio delle proprietà meccaniche di ceramici e compositi in relazione alle specifiche applicazioni. Studio e ottimizzazione di processi ceramici per accumulatori elettrochimici e per celle solari fotovoltaiche di terza generazione (celle di Gratzel).Proprietà meccaniche di dispositivi ceramici per applicazioni energetiche e nel settore dei trasporti. (literal)
Competenze
  • Esperienza nei processi di trattamento e consolidamento di polveri ceramiche sia in processi a secco (pressatura) che a umido (colaggio su nastro e su stampi di gesso, gel casting e enstrusione, serigrafia e WPS). Comprovata competenza nell'ottimizzazione di sospensioni ceramiche per colaggio su nastro e di inchiostri per serigrafia e loro caratterizzazione. Esperienza nello studio e ottimizzazione di cicli di burn-out e sinterizzazione di ceramici e cermet. Decennale esperienza nelle tematiche di processo ceramico di interesse industriale, con particolare attenzione al problem solving di situazioni ad esse connesse. Esperienza nella caratterizzazione chimico-fisica, morfologica e funzionale di polveri e manufatti ceramici. Capacità di interpretare le proprietà finali di un prodotto ceramico sulla base delle proprietà dei materiali di partenza e dei parametri di processo. Competenze pluridecennali per quanto attiene lo sviluppo di materiali ceramici con superiori proprietà meccaniche e tribologiche e la loro caratterizzazione specifica. Tecniche di indagine di tipo piezo-spettroscopico particolarmente efficaci per la determinazioni delle tensioni residue in multilaminati ceramici (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Know how per la produzione pre-competitiva di manufatti ceramici per applicazioni energetiche e elettroniche con tecniche affidabili e a basso costo necessarie per lo sviluppo di un'industria nazionale competitiva. Questi processi possono dare un impulso fondamentale per l'apertura di nuovi mercati rendendo la produzione di manufatti ancora su scala pilota estendibili ad una realtà produttiva sostenibile ed appetibile. L'utilizzo di polveri nanometriche ad alta efficienza contribuisce alla diffusione e implementazione di questi dispositivi mentre tecniche net shape offrono interessanti alternative ai comuni processi di formatura soprattutto per la realizzazione di manufatti di grandi dimensioni e di forme complesse. Le potenzialità di impiego delle conoscenze sviluppate in termini di proprietà meccaniche di materiali e dispositivi posso essere efficacemente applicate per ottimizzare processi industriali e dispositivi ceramici atti alla produzione energetici e a componenti in movimento che statici, altre che nei trasporti (in particolare nella motoristica). (literal)
Tecnologie
  • La commessa presenta comprovata esperienza pluridecennale sui processi di produzione di materiali e dispositivi a matrice ceramica come :colaggio su nastro, serigrafia, pressatura lineare e isostatica a freddo e a caldo, reattori da sintesi di sospensioni colloidali sia con metodologie convenzionali che tramite microonde. Tecniche net shape (gel-casting, freeze drying, 3D printing). Estrusione. Deposizione di film sottili tramite spin e dip coating, spray atmosferico, deposizione elettroforetica e ink jet. (literal)
Obiettivi
  • Sviluppo e ottimizzazione di processi per la produzione di dispositivi e multilaminati ceramici per applicazioni energetiche . Ottimizzazione di sospensioni ceramiche per colaggio su nastro, serigrafia, spray atmosferico e ink-jet per l'ottenimento di manufatti ad alta area porosi o densi. Studio dei processi di co-firing per la realizzazione di multi laminati ceramici con particolare attenzione alla compatibilità termica e meccanica dei vari strati. Realizzazione di inchiostri serigrafici con metodologie innovative. Sviluppo e ottimizzazione di tecniche net-shape. Sviluppo di metodologie alternative economiche e facilmente industrializzabili per la produzione di dispositivi a matrice ceramica con microstruttura proprietà meccaniche e funzionali altamente ingegnerizzate. Upscale di processi di laboratorio per la produzione di dispositivi ceramici per applicazioni energetiche. Tutti questi dispositivi devono non solo essere prodotti in modo efficiente, economico e riproducibile, ma anche dimostrare caratteristiche meccaniche tali da poter assolvere alla loro funzione specifica anche in ambienti particolarmente aggressivi sia dal punto di vista termico che chimico e meccanico. (literal)
Stato dell'arte
  • La crescente richiesta di materiali e dispositivi ceramici per applicazioni energetiche e elettroniche non è attualmente adeguatamente soddisfatta dall'industria nazionale. I componenti essenziali per la realizzazione di questi dispositivi sono infatti attualmente perlopiù di produzione non italiana. Sviluppare questi componenti con tecniche affidabili e facilmente industrializzabili rappresenta conditio sine qua non affinché l'industria nazionale non perda contatto da quella mondiale in un settore chiave come quello energetico.Tutti i materiali pensati per applicazioni ingegneristiche necessitano di prestazioni meccaniche ingegnerizzate. In impieghi strutturali queste sono legate alle performance richieste al componente per massimizzarne l'efficienza; in altri casi alla necessità di sopravvivere ai processi di produzione necessari ad ottenere dispositivi complessi in cui il componente ceramico ricopre un ruolo funzionale. E' quindi necessario svolgere un'attenta ricerca indirizzata allo sviluppo di ceramici con definite prestazioni meccaniche per impiego in applicazioni di tipo energetico e nel settore del trasporto. (literal)
Tecniche di indagine
  • Tecniche di studio e caratterizzazione chimico-fisica, morfologica e strutturale di polveri e manufatti ceramici. Metodologie analitiche per lo studio del comportamento termo-meccanico di polveri e manufatti ceramici o cermet. Caratterizzazione funzionale e elettrochimica di sistemi in soluzione e polveri ceramiche. Le analisi morfologico-strutturali vengono attentamente correlate alle performance funzionali e ai processi produttivi utilizzati in un processo iterativo di implementazione sia del materiale che del dispositivo finale. La commessa si è recentemente dotata di un sistema fuori contatto per la metrologica 3D di film e superfici con risoluzione verticale massima di 1 nm. Macchine per la misura della resistenza a frattura e tenacità di materiali fragili sia a temperatura ambiente che ad alta temperatura, in aria ed in atmosfera controllata. Inoltre vi sono durometri ed un nano-indenter per la determinazione della durezza \"bulk\" e superficiale, rispettivamente. In quest'ultimo caso le indagini sono effettuate su scala nanometrica e sono particolarmente adatte per caratterizzare film che possono trovare impiego nella realizzazione di celle fotovoltaiche. (literal)
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