Descrizione del modulo "Nanostrutture e fluidi complessi impieganti nanomateriali, X-ray e light scattering (ET.P02.002.008)"

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  • Descrizione del modulo "Nanostrutture e fluidi complessi impieganti nanomateriali, X-ray e light scattering (ET.P02.002.008)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • g) monitoraggio di frazioni ppm e sub-ppm di inquinanti gassosi emessi in ambiente da propulsori (per es. NO2) e combustibili gassosi (per es. sicurezza on-board per fughe di H2, CH4) attraverso sensori a nanostruttura h) studio della formazione di specie di idrocarburi policiclici aromatici e cluster carboniosi in relazione alla aggiunta nel combustibile gassoso di additivi, per es. organometallici. i) dispositivi per la trasmissione del calore a nanoscala e nanomateriali per applicazioni concentrated solar power. (literal)
Tematiche di ricerca
  • 1. studio sperimentale di fluidi complessi (lubrificanti e refrigeranti) impieganti nanomateriali per sistemi meccanici ad elevate prestazioni, in particolare riguardo alle caratteristiche termofisiche 2. studio sperimentale del processo di formazione, microstruttura e mappaggio molecolare degli inquinanti particellari di natura carboniosa e delle specie condensate prodotti da sistemi a combustione attraverso l'impiego della Radiazione X di Sincrotrone (ESRF)con tecniche SAXS, WAXS, XPS, NEXAFS. 3. sintesi di nanomateriali per applicazioni di heat transfer, gas sensor ed energia solare a concentrazione 4. caratterizzazione sperimentale della morfologia di nanoparticelle e aggregati (per es. analisi frattale da misure di scattering X, proprieta' di restructuring). Uso dello strumento SAXS per la misura dell'area superficiale e della porosita' di materiali carboniosi. Studio delle interazioni di nanomateriali vs. radiazione e campo di temperatura. (literal)
Competenze
  • Know-how sui processi di sintesi di nanomateriali per applicazioni energetiche e sulle tecniche di X-ray e light scattering. Attivita' di ricerca in cooperazione internazionale con RAS, CNRS, BIT; Lund University, Université de Rennes, SupMéca. Competenza decennale in esperimenti (tecniche SAXS/WAXS, XPS, XANES, NEXAFS presso synchrotron facilities ESRF, SOLEIL, ELETTRA) e studio dei processi di formazione di particolati di carbonio via combustione e di nanostrutture inorganiche via sintesi gas-phase e chemical vapor deposition. Esperienza oltre alle tecniche X-ray sopra citate, di tecniche di light scattering e analytical chemistry su nanoparticelle(SEM, TEM, XRD, GCMS, UV-VIS e DBS). Sintesi di strutture metallo-ossido metallico (Zn e ZnO; Bismuto) dotate di morfologie particolare (nanowires, nanobelts, nanotubi) per le quali è stato dimostrato da questo gruppo l'uso efficace come sensori sub-ppm di NO2. Competenza nella sintesi e caratterizzazione sperimentale delle proprietà termofisiche di matrici liquide con inclusioni a stato solido (nanofluidi). Heat-transfer di nanostrutture per mezzo di simulazioni Monte Carlo di trasporto fononico. Simulazioni di fluidodinamic (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • a) lubrificazione di microscopici interstizi meccanici b) miglioramento del bilancio di scambio calorico dei sistemi di propulsione c) solar power harvesting d) parti di arredo di autoveicoli ottenute attraverso materiali a matrice nanometrica (vernici, vetri e isolanti termici) e) sensori di gas a nanostruttura con sensibilità sub-ppm f) elettrodi di fuel-cells, pneumatici, lampadine (literal)
Tecnologie
  • --Angular Static Light Scattering --Gas-phase synthesis di nanomateriali --Fractal-Like approach per l'analisi dei pattern di scattering generati da aggregati di nanoparticelle --Scattering di piccolo angolo in radiazione X-ray di sincrotrone e analisi dei dati sperimentali SAXS --algoritmi di tipo Brownian cluster-cluster coagulation per la simulazione di meccanismi di tipo aggregazione limitata dalla diffusione --modelli di restructuring polimerici per la caratterizzazione delle proprieta' di ageing di inquinanti carboniosi particellari --modelli di heat transfer basati su trasporto di fononi con metodo Monte Carlo --teoria ed esperimenti di heat-transfer di matrici liquide con inclusioni a stato solido (literal)
Obiettivi
  • Gli obiettivi sono rappresentati dal conseguimento di patents e dalla pubblicazione su riviste scientifiche ISI con elevato Impact factor. Lo scambio di informazioni e la interazione con gruppi scientifici internazionali rappresenta una modalità fondamentale per il conseguimento di tali obiettivi. Viene ricercata dal gruppo la partnership con prestigiose case automobilistiche e piccole e medie imprese di spin-off, in modo da consentire, a valle del raggiungimento del risultato scientifico, il trasferimento del know-how e la realizzazione del prodotto industriale high-tech. L'assenza di personale tecnico e la carenza di bandi di progetto disponibili nell'ambito della struttura commesse-dipartimenti può seriamente ostacolare la portata dei risultati attesi. (literal)
Stato dell'arte
  • Il focus della letteratura circa le possibili applicazioni di nanostrutture (almeno una dimensione < 100 nm) per i sistemi di propulsione nel settore trasporti riguarda, fra le tante, lo studio dei meccanismi di heat transfer su nanoscala e l'effetto delle proprieta' di conduzione elettrica size-depending in presenza o assenza di radiazione. Materiali carboniosi sono utilizzati nel campo dello storing di idrogeno (nanotubi) e della lubrificazione (nanovescicole). Materiali di tipo ossido metallico vengono utilizzati per parti meccaniche e di arredamento nel settore automotive. Il know-how circa i punti precedenti e' multidisciplinare (Aerosol Science, Surface Science e Physical Chemistry). Per es. sono state dimostrate proprieta' di enhancement della conducibilita' termica di fluidi complessi impieganti nanostrutture metalliche. Anche le proprieta' di conduzione elettrica sono influenzate dalla significativa abbondanza di molecole disposte alla superficie di strutture, nonche' dalla particolare forma delle strutture stesse (spheroids, nanowires, nanobelts), dalla loro eventuale fase cristallina, dalle proprieta' di reattivita' di superficie (trappole, difetti, chemisorbimento). (literal)
Tecniche di indagine
  • --Laser Light Scattering --Small-Angle X-ray Scattering (SAXS), Wide-Angle X-ray Scattering (WAXS) --Near Edge X-ray Absorption Fine Structure (NEXAFS) --Small Angle Neutron Scattering (SANS) --X-ray diffractometry (XRD) --Diffusion Reflectance Infrared Fourier Transfer Spectroscopy (in collaborazione con CNR-ISTM Milano) --Diffusion Batteries (in collaborazione con ICKC-RAS Novosibirsk) --SEM, TEM --microgravimetria --GCMS --picnometria (literal)
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