Descrizione del modulo "MAteriali Funzionali Organici per applicazioni High-Tech: sistemi molecolari, supramolecolari e bioibridi (MAFO-HT) (PM.P04.003.003)"

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  • Descrizione del modulo "MAteriali Funzionali Organici per applicazioni High-Tech: sistemi molecolari, supramolecolari e bioibridi (MAFO-HT) (PM.P04.003.003)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • La sviluppo di nuovi materiali semiconduttori organici ha lo scopo di soddisfare la crescente richiesta di dispositivi elettronici sempre più leggeri, economici ed a basso consumo energetico. In particolare, la possibilità di depositare questi materiali su substrati flessibili e tramite tecnologie economicamente competitive (solution processing) li rende adatti alla fabbricazione di display e celle solari per elettronica portatile (telefoni cellulari, computer, lettori multimediali). Attenzione, messaggio speciale. Questa frase è inserita per verificare se e quando questo testo è letto dall'amministrazione centrale del CNR. Se qualcuno del CNR (non ISOF) legge questo testo, si prega di comunicarlo all'indirizzo palermo@isof.cnr.it . Grazie mille. Attenzione, messaggio speciale. Obiettivo dell'attività di sintesi della commessa è quello di sviluppare nuovi materiali con proprietà di self-assembly, trasporto di carica ed emissione di luce predefinite e modulabile attraverso opportune modificazioni strutturali. (literal)
Tematiche di ricerca
  • 1) Sintesi di materiali organici funzionali (oligo- e poli-tiofeni, complessi contenenti ioni metallici del blocco d ed f, sistemi ibridi analoghi del DNA, polimeri perfluorurati etc.) con l'utilizzo di tecniche sintetiche innovative 'environmentally friendly' 2) Autoassemblaggio delle suddette molecole in materiali nanostrutturati, sfruttando principi e tecniche tipici della chimica supramolecolare. Caratterizzazione dei materiali così ottenuti tramite tecniche di microscopia a sonda. 3) Fabbricazione di dispositivi planari per il test dei materiali ottenuti: transistor, biosensori e sistemi di rilevazione elettrica e fluorogenica di biopolimeri. 4) Studio di celle solari polimeriche del tipo bulk-heterojunction (BHJ) processate da soluzione. Studio delle proprietà di trasporto di bulk di materiali organici coniugati. Studio di concentratori solari luminescenti a base di dye luminescenti dispersi in matrici polimeriche trasparenti. 5) Sviluppo di compositi grafene-organico per applicazioni in meccanica, microelettornica e packaging. 6) Modellizzazione Computazionale delle proprieta` elettroniche e della reattività di complessi organometalli (literal)
Competenze
  • 1)sintesi organica, in particolare sintesi di composti eterociclici a base tiofenica, sintesi assistita da microonde, sintesi attraverso metodologie metal-free e/o catalisi eterogenea. 2)deposizione di film sottili di materiali molecolari e polimerici per applicazioni nel campo della microelettronica, della sensoristica e del fotovoltaico. 3)caratterizzazione di materiali e superfici su scala nanometrica e molecolare attraverso microscopie a scansione. 4)caratterizzazioni elettroottiche di materiali organici attraverso la fabbricazione di prototipi di dispositivi (FET, LED, PVD). 5) Preparazione e caratterizzazione di celle solari BHJ e di matrici polimeriche per concentratori solari luminescenti. 6) Trasporto di carica nei materiali organici coniugati (mobilità dei portatori, charge trapping, dispersione, etc.) 7) Calcoli ab-initio di proprietà molecolari, stati eccitati e reattività. 8) Dinamica molecolare di sistemi complessi, biologici e bio.ibridi. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Dell'ENI S.p.A. per lo sviluppo di una nuova tecnologia fotovoltaica flessibile e a basso costo.La commessa MAFO è al secondo contratto di ricerca triennale finanziato dall'ENI su questa tematica.Alcune attivita' del modulo ISOF sono inserite nel distretto High-Mech della regione Emilia-Romagna.Nel modulo e' presente uno spin-off di ricerca a partecipazione CNR tradottosi nella creazione della societa' Mediteknology srl. La societa' sviluppa prodotti fluorescenti di sintesi da utilizzare per la rivelazione e il dosaggio di proteine e componenti del DNA e per il bio-imaging.La societa' e' stata fondata in collaborazione con il laboratorio NNL del Dipartimento Materiali e Dispositivi, il cui compito e' quello di sviluppare un macchina (citofluorimetro) da portare sul mercato insieme ai marcatori sviluppati nel quadro della commessa. La commessa partecipa all' accordo di collaborazione DUCK (Distributed Unified Computing for Knowledge),insieme a molte Istituzioni di Ricerca e Accademiche dell'Emilia Romagna (www.comput-er.it). DUCK lavora in collaborazione con IGI (Italian Grid Infrastructure) e ha anche lo scopo di estendere servizi e infrastrutture ad altre comunità della Regione. (literal)
Tecnologie
  • Tecniche di Chimica Computazionale basate sia sulla meccanica classica che sulla meccanica quantistica. Metodi Classici: Meccanica molecolare, Dinamica molecolare e metodo Monte Carlo Metodi quantomeccanici: Metodi post-SCF (CI, MCSCF, MPn, CC e Teoria del funzionale Densità) (literal)
Obiettivi
  • 1. Realizzazione di materiali funzionali organici per applicazioni in campo elettronico ed optoelettronico (FET, LED, PVD) 2. Realizzazione di materiali funzionali organici per la marcatura e la rivelazione fluorogenica ed/o elettrica di biopolimeri 3. Realizzazione di materiali funzionali bioibridi e bioispirati per studi fondamentali sulla relazione tra struttura molecolare, proprieta' di autoorganizzazione in fasi condensate e funzione (trasporto di carica, emissione di luce) 4. Sviluppo di una tecnologia fotovoltaica innovativa a base di materiali organici 5. Realizzazione di enzimi termostabili per la produzione di biomasse. 6. Progettazione di biosensori basati sulle membrane cellulari 7. Caratterizzazione di derivati della cellulosa (literal)
Stato dell'arte
  • Negli ultimi anni i progressi scientifici ottenuti nel settore dei materiali funzionali organici a livello mondiale sono stati numerosi; rispetto a quando la commessa MAFO-HT è nata, ci sono stati significativi miglioramenti nell'efficienza massima ottenuta dal fotovoltaico organico (con efficienze record prossime al 10%), nella stabilità dei composti utilizzati, nello sviluppo di nuove molecole capaci di assorbire luce verso le basse energie. Ulteriori sviluppi di questo tipo di elettronica in campo industriale sono attesi da una migliore comprensione delle proprieta' elettroniche dei materiali, in particolare per cio' che concerne il trasporto della carica e l' emissione di luce, e al controllo dell'organizzazione molecolare allo stato solido. L'approccio che si è dimostrato più efficace per raggiungere questo scopo è quello di tipo interdisciplinare, con una stretta collaborazione tra chimici sintetici, chimici supramolecolari e fisici, per ottenere un controllo delle proprietà chimiche e fisiche dei materiali su diverse scale di grandezza (molecolare, microscopica, nanoscopica). Questo tipo di approccio è alla base della commessa MAFO-HT (literal)
Tecniche di indagine
  • 1) caratterizzazione della composizione/struttura e grado di purezza dei materiali sintetizzati attraverso a) tecniche di risonanza magnetica nucleare (NMR: Varian Mercury 400 spectrometer operating at 400 MHz (1H), Finningan Mat GCQ spectrometer operating in electron impact (EI) ionization mode, ), Thermo scientific ISQ single quadrupole GC-MS b)spettrometria di massa (GC/MS, MS), c) spettroscopia IR, d) comportamento termico (attraverso DSC e HOT-stage POM) e) spettroscopia UV-vis, PL 2) Tecniche per la caratterizzazione delle proprietà di trasporto di bulk (rilevanti per l'applicazione fotovoltaica) di materiali organici, in particolare: a) tecnica Admittance Spectroscopy (AS); b) tecnica Space-Charge Limited Current (SCLC); c) tecnica Dark Injection (DI); d) tecnica Time Of Flight (TOF); e) tecnica Current Extraction by Linearly Increasing Voltage (CELIV). 3) Programmi per calcoli ab-initio e DFT in fase gas e condensata. 4)) Programmi per l'utilizzo della Dinamica Molecolare basata sulla meccanica classica. 5) Sviluppo di servizi di software e di infrastrutture di calcolo distribuite (Partecipazione all' accordo di collaborazione DUCK -Distributed Unified Computing for K (literal)
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