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Descrizione del modulo "Ossidi nanostrutturati per sensoristica e fotovoltaico (SP.P02.003.001)"
- Type
- Label
- Descrizione del modulo "Ossidi nanostrutturati per sensoristica e fotovoltaico (SP.P02.003.001)" (literal)
- Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
- I rivelatori di gas a base di ossidi metallici nanostrutturati sono dispositivi molto sensibili e a basso costo di potenziale applicazione in molteplici situazioni tra cui:
1) monitoraggio di inquinanti (discariche, luoghi di lavoro, abitacoli delle autovetture, fughe di gas)
2) controllo della qualità e dello stato di conservazione dei cibi
3) security (monitoraggio esplosivi o gas tossici).
Lo sviluppo di TCO nanostrutturati permette la costruzione di celle fotovoltaiche di nuova generazione a basso costo, basate sull'accoppiamento con sostanze organiche.
Le nanostrutture di ossidi metallici trovano inoltre utilizzo per le loro proprietà fotocatalitiche nella purificazione delle acque e dell'aria, oltre che nella realizzazione di vernici o tessuti autopulenti.
Le nano strutture di ossidi metallici opportunamente funzionalizzate trovano inoltre applicazione nella nano medicina per es. per drug delivery e ipertermia.
Inoltre possono essere impiegate per realizzare tessuti avanzati (smart textile). (literal)
- Tematiche di ricerca
- La ricerca riguarda lo sviluppo di ossidi metallici nanostrutturati opportunamente funzionalizzati per la sensoristica, il fotovoltaico, la fotocatalisi e lo smart textile. Più in particolare si intendono sviluppare i seguenti argomenti:
a) crescita di nanostrutture di ossidi di metalli da fase vapore con tecnologia bottom-up b) studio dei meccanismi di crescita e delle proprietà fisiche e strutturali delle nanostrutture c) funzionalizzazione della superficie dei nanofili con particelle metalliche, semiconduttrici o con molecole organiche d) studio della proprietà dei sensori di gas realizzati con nano strutture funzionalizzate e) preparazione di celle fotovoltaiche basate su TCO nanostrutturato f) studio delle proprietà foto catalitiche delle nano strutture ibride g) valutazione dell'impiego delle nano strutture ibride per impiego in nanomedicina h) applicazione delle tecnologie sviluppate per lo \"smart textile\". (literal)
- Competenze
- Il gruppo di lavoro di SIGNAL ha una esperienza ventennale comprovata da pubblicazioni, brevetti e partecipazione a progetti nazionali ed internazionali relativamente alle seguenti tematiche: 1) Tecnologia dei materiali per impiego in elettronica e sensoristica 2) deposizione di nanostrutture di semiconduttori e ossidi mediante tecniche da fase vapore e da soluzione 3) funzionalizzazione della superficie delle nanostrutture mediante nano particelle metalliche, semiconduttrici, magnetiche o molecole organiche 4) realizzazione di dispositivi anche mediante tecniche fotolitografiche 5) caratterizzazione strutturale (SEM, TEM, microanalisi, diffrazione di raggi X) di materiali e dispositivi 6) caratterizzazione elettrica mediante resistività, effetto Hall, misure I/V, C/V, DLTS, PICTS e fotoconducibilità, di materiali e dispositivi, 7) caratterizzazione ottica (fotoluminescenza, catodoluminescenza, assorbimento ottico) 8) caratterizzazione funzionale dei sensori di gas 9) caratterizzazione foto catalitica delle nano strutture ibride 10) realizzazione di smart textile. (literal)
- Potenziale impiego per processi produttivi
- 1) La definizione dei processi di crescita dei nanofili e di produzione dei sensori basati sui nanofili costituisce in sé un elemento per un possibile trasferimento tecnologico.
2) I TCO nanostrutturati possono essere usati per la produzione di celle solari di nuova concezione.
3) I sensori possono essere usati per il controllo della concentrazione di inquinanti che si sviluppano in processi industriali. Per esempio, la concentrazione di acetaldeide nelle bottiglie di PET può essere ridotta tramite una misura dei vapori di acetaldeide nella fase di stampaggio. Oppure, la determinazione della concentrazione degli acidi alifatici è importante nella produzione di energia da biomasse.
4) I sensori possono essere usati per controllare l'eventuale sviluppo di sostanze tossiche durante i processi produttivi in genere.
5) L'industria alimentare richiede sensori di gas in grado di valutare l'odore di elementi, per esempio cartoni, usati per l'impacchettamento e la conservazione degli alimenti. (literal)
- Tecnologie
- Il gruppo di lavoro possiede le seguenti tecnologie relative all'oggetto del modulo: 1) crescita di nanofili di SnO2 da fase vapore e da soluzione 2) crescita di svariate nanostrutture di ZnO: nanofili, tetrapods, nanorods 3) crescita di nanofili di PbO da fase vapore 4) preparazione di sensori di gas basati su nanofili di SnO2 (rimozione selettiva dei nanofili, evaporazione dei contatti, dell'elemento riscaldante) 5) preparazione di sensori di gas basati su tetrapods di ZnO (deposizione dei contatti e dell'elemento riscaldante, dispersione dei tetrpods, deposizione dei tetrapods) 6) fotolitografia ottica in camera bianca 7) saldatura dei contatti (bonding) 8) funzionalizzazione delle nanostrutture mediante via umida, deposizione in vuoto, trattamenti termici 9) capacità di realizzazione di elettronica per l'amplificazione ed il processing dei segnali in uscita dai sensori di gas. (literal)
- Obiettivi
- L'obiettivo del modulo è lo sviluppo di tecnologie e conoscenze per la realizzazione di nanostrutture di ossidi metallici funzionalizzate con nano particelle di metalli, semiconduttori o molecole organiche. Tali nanostrutture possono essere impiegate per svariate applicazioni: la sensoristica, il fotovoltaico, la fotocatalisi, l'optoelettronica, la nano medicina e lo smart textile.
L'idea è quella di ottenere materiali con multifunzionalità ingegnerizzata grazie all'ibridizzazione delle nano strutture.
Nel campo della sensoristica si ricercano processi di funzionalizzazione superficiale che aumentino la selettività a particolari emissioni gassose.
L'attività di ricerca sul fotovoltaico riguarda la preparazione di TCO nanostrutturati a base di ZnO funzionalizzati al fine di migliorare l'efficienza di conversione.
Nel campo del tessile si vogliono ottenere tessuti che mostrino anche funzionalità sensoristiche o di produzione dell'energia. (literal)
- Stato dell'arte
- L'aumentata richiesta di controllo della qualità degli alimenti e l'esigenza di monitoraggio ambientale hanno generato una crescente domanda di sensori affidabili e a basso costo per l'analisi delle specie gassose. Negli ultimi anni è aumentata inoltre la richiesta di apparati di rivelazione di sostanze esplosive o tossiche per scopi di security.
I sensori di gas attualmente più efficienti sono basati su ossidi metallici. In particolare, si guarda con interesse alla possibilità di realizzare sensori di gas basati su nanostrutture di ossidi. Queste sono caratterizzate da un enorme rapporto superficie attiva/volume e presentano quindi grande sensibilità. Inoltre, ci si attende che la risposta di questi sensori possa essere resa selettiva a gas diversi tramite un'opportuna funzionalizzazione della superficie. Infine, i sensori basati su nanofili sono potenzialmente molto stabili nel tempo anche ad elevate temperature di lavoro dal momento che ogni nanofilo è di fatto un monocristallo.
Recentemente, sono state proposte celle solari che fanno uso di TCO nanostrutturati per massimizzare l'assorbimento della luce. Le nanostrutture di ZnO sembrano essere promettenti anche in questo campo. (literal)
- Tecniche di indagine
- L'approccio scientifico nella preparazione dei sensori riguarda in prima istanza l'aspetto dello studio delle tecnologie di crescita dei materiali che costituiscono il sensore e in particolare dei nanofili di ossidi metallici. Il materiale viene quindi ottimizzato in base alla risposta funzionale, ovvero alla risposta come sensore di gas. In ogni caso, l'approccio alla preparazione del materiale è di tipo strettamente tecnologico: risultato della ricerca viene considerato non solo un dispositivo funzionante, ma la definizione di un processo tecnologico per la preparazione riproducibile del materiale direttamente trasferibile ad entità produttive. Proprio per favorire lo scambio con realtà produttive medio-piccole il gruppo si è orientato alla preparazione di dispositivi prototipali la cui funzionalità sia immediatamente verificabile dalle aziende del settore. (literal)
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