Descrizione del modulo "Materiali ibridi nanostrutturati (MD.P06.038.002)"

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  • Descrizione del modulo "Materiali ibridi nanostrutturati (MD.P06.038.002)" (literal)
Tematiche di ricerca
  • Le tematiche di ricerca sono focalizzate allo studio di nuovi metodi di sintesi e proprietà strutturali di materiali ibridi nanostrutturati. Poichè le proprietà della componente nanostrutturata sono strettamente correlabili alla sua composizione, dimensione e forma, si intendono sperimentare nuovi metodi e protocolli al fine di controllare e modulare indipendentemente tali parametri. La sintesi chimica riguarda composti bridi organici-inorganici, nanoparticelle di ossidi di Fe, di leghe metalliche FePt e di Ag, la loro funzionalizzione/rivestimento con molecole organiche e polimeri, l'attacco covalente a substrati di silicio precedentemente funzionalizzati, la preparazione di ferrofluidi stabili a base acquosa,la funzionalizzazione e riempimento di nanotubi di carbonio e la sintesi di materiali nanocompositi per batterie leggere a partire da precursori ibridi organici inorganici. Lo studio strutturale dei materiali nano e microcristallini verrà condotto con tecniche di diffrazione a raggi X e diffrazione elettronica al TEM, le proprietà ottiche e le proprietà elettriche verranno studiate tramite misure di assorbimento UV-Vis e misure di conducibilità. (literal)
Competenze
  • I partecipanti al modulo hanno una vasta esperienza nelle diverse tecniche di sintesi chimica, in soluzione e allo stato solido, di composti organometallici, di nanoparticelle metalliche, leghe metalliche e ossidi metallici e di materiali ibridi nanocompositi. Sono stati preparati materiali innovativi per applicazioni nel magnetismo, nella sensoristica chimica, nel fotovoltaico organico, in catalisi e per applicazioni di potenza (materiali elettrodici nanostrutturati per batterie al litio e litio-ione). Esiste anche una buona esperienza nella deposizione di films sottili con varie tecniche (Langmuir-Blodgett, Spin-Coating, evaporazione sotto vuoto, ecc). Per quanto riguarda lo studio strutturale, esistono notevoli competenze riguardanti tecniche di diffrazione dei raggi X su cristallo singolo, polveri e film in incidenza normale e radente. A questa attività è associata l'analisi dei dati strutturali tramite metodi \"ab-initio\" e di affinamento di Rietveld. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Il nanocomposito LiFePO4/C, preparato con una metodologia innovativa e brevettata (in attesa di estensione internazionale), rappresenta uno dei materiali catodici di nuova generazione più promettenti per applicazioni di potenza. Per quanto riguarda i CNTs riempiti con materiali organici od inorganici, l'impiego principale potrebbe essere nella catalisi eterogenea. Altro campo di applicazione è quello biomedicale (già interessato un gruppo industriale) e nel campo energetico per potenziali applicazioni nell'Hydrogen Storage e nel fotovoltaico organico. Nella sintesi di nanoparticelle di leghe bimetalliche L10, i processi produttivi possono avvalersi di un nuovo metodo di sintesi dove la lega FePt nella fase magneticamente dura è ottenuta a temperature notevolmente più basse. Ferrofluidi costituiti da nanoparticelle di magnetite stabili in base acquosa sono richiesti come inchiostri magnetici in stampanti inkjet e piezoelettriche (collaborazione con Olivetti inkjet e Politronica srl nell'ambito dei progetti Printag e Anatema). (literal)
Tecnologie
  • Le tecniche di indagine sperimentali verranno supportate da approcci computazionali, quali calcolo ab initio e dinamica molecolare classica che potranno dare un apporto nella comprensione dei meccanismi di reazione e nella comprensione delle strutture più stabili per le nanoparticelle. (literal)
Obiettivi
  • -Comprensione del meccanismo di formazione dei materiali preparati al fine di ottimizzare il metodo di sintesi e quindi le proprietà dei materiali. -Comprensione delle proprietà chimico-fisiche dei materiali micro e nanocristallini preparati e loro ottimizzazione attraverso lo studio delle loro proprietà strutturali, ottiche, elettriche e magnetiche per possibili applicazioni nanotecnologiche. In particolare: - Ottimizzazione della metodologia di sintesi di materiali catodici verso quantità pre-industriali e miglioramento delle loro proprietà elettrochimiche tramite drogaggio con ioni metallici. -Preparazione e funzionalizzazione di particelle di Fe3O4 per loro impiego generale come supporti di catalizzatori nella catalisi semi-eterogenea. -Sintesi di nanoparticelle monodisperse FePt nella fase L10 per la preparazione di films magnetici via LB e spin-coating per applicazioni nelle memorie magnetiche. - Ferrofluidi stabili in base acquosa costituiti da nanoparticelle di FePt fct per applicazioni in inchiostri magnetici. (literal)
Stato dell'arte
  • Nello specifico dei nanocompositi a base di CNTs, si sono individuati metodi per il riempimento sia in-situ che ex-situ. Per quanto riguarda le particelle FePt con struttura cristallografica L10, abbiamo sviluppato un nuovo metodo di sintesi allo stato solido.Le NPs di leghe FePt e la CoPt con struttura cristallografica L10, sono difficilmente ottenibili con i metodi classici sol-gel a causa di fenomeni di coalescenza che intervengono durante il trattamento termico necessario per ottenere la fase con struttura cristallografica L10 corrispondente ad un comportamento magnetico \"duro\". Nell'ultimo anno, tramite misure SAXS in situ e risolte nel tempo, abbiamo ottenuto risultati interessanti e inaspettati per ciò che riguarda il meccanismo di formazione di mesostrutture nanoparticelle di Ag/polimero. Il risultato principale è stato il ruolo importante che riveste il polimero tramite correlazioni spaziali a lungo raggio di tipo liquid crystal-like nella crescita e aggregazione delle nanoparticelle. E' stato sviluppato un nuovo metodo di sintesi per il nanocomposito LiFePO4/C uno dei materiali catodici più promettenti per lo sviluppo di batterie litio/ione di nuova generazione. (literal)
Tecniche di indagine
  • Le tecniche di sintesi dei materiali nanostrutturati in soluzione sono di tipo solvotermale, idrotermale, sol-gel e sonochimico. La sintesi allo stato solido si basa su tecniche di macinazione e reazioni di riduzione di ioni metallici sotto flusso di gas ad alta temperatura. La caratterizzazione chimico-fisica dei materiali preparati si basa sulla spettrofotometria UV-vis e FT-IR, microanalisi, termogravimetria, misure magnetiche (SQUID), misure galvanostatiche e voltammetriche in collaborazione con gruppi di ricerca italiani. Lo studio strutturale dei materiali microcristallini viene condotto con tecniche di diffrazione di raggi X sotto forma di cristallo singolo, polveri e films. l'indagine morfologica e strutturale sulle nanoparticelle e sui nanocompositi preparati.viene condotta con tecniche di microscopia elettronica (FESEM, STEM,TEM,HRTEM) e a scansione (AFM). (literal)
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