Descrizione del modulo "Materiali nanostrutturati per l'elettronica, l'energia e l'ambiente (MD.P05.026.001)"

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  • Descrizione del modulo "Materiali nanostrutturati per l'elettronica, l'energia e l'ambiente (MD.P05.026.001)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Lo sviluppo dei processi per la fabbricazione di dispositivi elettronici e di nanostrutture ha ricadute immediate sulla qualità della vita degli individui. Infatti, l'uso di tali dispositivi non è più relegato ai tradizionali aspetti di archiviazione e elaborazione di dati, ma piuttosto all'integrazione in oggetti d'uso comune. Alcuni effetti dell'applicazione dei dispositivi elettronici e delle nanostrutture riguardano: a) i miglioramenti che l'uso del monitoraggio tramite microprocessori ha permesso di ottenere nella diagnostica medica, nelle analisi chimiche e biologiche e nel controllo ambientale, b) lo sviluppo delle telecomunicazioni, c) il miglioramento dei mezzi di trasporto in termini di prestazioni, sicurezza e riduzione dell'impatto ambientale, d) la disponibilità di nuovi strumenti d'indagine e prevenzione contro la criminalità e il terrorismo e) la produzione di energia a basso costo con metodi sostenibili, f) la purificazione dell'acqua. La disponibilità di dispositivi elettronici di dimensioni nanometriche, di celle solari di terza generazione e di membrane nanostrutturate può essere considerata un elemento determinante per lo sviluppo sociale ed economico. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Materiali innovativi a base Si e Ge per fotovoltaico avanzato (Leghe Si:O e nanostrutture di Ge). Ossidi Trasparenti Conduttivi (TCO). Sintesi di Ge nano-poroso realizzato con impiantazione ionica per applicazioni sensoristiche ed elettroniche. Sintesi di nanostrutture di ZnO piezoelettriche per applicazioni sensoristiche. Nanostrutture di ossidi metallici o di C per la purificazione dell'acqua. (literal)
Competenze
  • L'attività di ricerca può basarsi sulle seguenti competenze: - Sintesi di materiali nano strutturati per magnetron sputtering e annealing - Tecniche di analisi di proprietà strutturali (TEM, SEM e RBS) - Tecniche di analisi di proprietà elettro-ottiche (IV, CV, Hall effect, spettrofotometria UV-Vis/NIR, efficienza quantica interna e esterna nella conversione luce-energia) Pluriennale esperienza nei processi di crescita, sintesi e caratterizzazione (chimica, elettrica e strutturale) di materiali innovativi per la micro- e nano-elettronica a base di silicio e germanio. Crescita di materiali nanostrutturati a base di germanio e successiva manipolazione tramite processi di impiantazione ionica, laser annealing o trattamenti termici convenzionali, nonché capacità di realizzazione di strutture tridimensionali di dimensione nanometrica. Sintesi di materiali nanostrutturati a base di Carbonio. Sintesi di ossidi metallici nanostrutturati (nanotubi e nanofili). (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Applicazioni in celle PV nuova generazione, tandem cells, miglioramento processi produttivi in atto. Applicazioni in tecnologia fotovoltaica a film sottile, su substrato flessibile e in celle a multi-giunzione. Applicazioni nella fabbricazione di dispositivi elettronici innovativi a base Ge di interesse per l'industria nano-elettronica. Applicazioni nella realizzazione di dispositivi innovativi basati su Ge poroso: elettrodi nano-strutturati, batterie. Applicazioni nella realizzazione di sistemi nanostrutturati a base di ossidi metallici o di nanotubi di C e grafene per la purificazione dell'acqua. (literal)
Tecnologie
  • Le tecnologie impiegate nelle ricerche della Commessa sono legate alle componenti della nanoelettronica e delle nanotecnologie. I materiali e i processi, che vengono trattati nell'ambito degli studi della commessa, sono essenzialmente gestiti con metodologie di nanoelettronica, con frequenti tentativi di intervento, tuttavia, con tecnologie innovative, che derogano dagli approcci convenzionali, quali ad esempio l'uso di laser, per proporre scoperte e soluzioni non ancora esplorate. (literal)
Obiettivi
  • - Realizzazione di sensori piezoelettrici su substrato flessibile a base di nanofili di ZnO - Realizzazione di nanostrutture di Ge per celle solari di terza generazione - Dimostrazione di una cella solare a film sottile e su substrato flessibile con strutture ottimizzate di TCO e TCO/metallo/TCO - Modellizzazione dei meccanismi di diffusione ed attivazione elettrica di droganti impiantati in Ge - Utilizzo del Ge poroso come template per la deposizione di nano particelle di Au per applicazioni elettrochimiche - Realizzazione di sistemi nanostrutturati basati su ossidi metallici o nanotubi di C e grafene, e loro integrazione in filtri e membrane, per la purificazione dell'acqua. (literal)
Stato dell'arte
  • Leghe Si:O a composizione variabile e nanostrutture di Ge immerse in silica hanno mostrato interessanti proprietà elettro-ottiche tali da permettere, se accoppiati al a-Si:H, una conversione luce-energia estesa in quasi tutto lo spettro solare. La tecnologia fotovoltaica a film sottile, l'elettronica trasparente, la bioarchitettura sono significativi esempi di settori che hanno vantaggiosamente usufruito negli ultimi anni dello sviluppo degli ossidi trasparenti e conduttivi (TCO). Grazie all'elevata mobilità dei portatori di carica il germanio è uno dei materiali più promettenti per futuri dispositivi potenti e veloci. Molti sono però i punti ancora aperti relativi al controllo dell'attivazione elettrica e della diffusione. Il biossido di titanio è largamente studiato da chi si occupa di scienza dei materiali per molteplici applicazioni. Un segmento di queste ricerche è finalizzato all'aumento dell'efficienza foto catalitica del TiO2, per es. attraverso la nano strutturazione del materiale ed il suo drogaggio. L'integrazione di TiO2, ZnO e Cu2O con nanoparticelle metalliche o con nanotubi di C e grafene aumenta significativamente l'efficienza fotocatalitica di questi materiali. (literal)
Tecniche di indagine
  • Vengono utilizzate intensamente tecniche di microscopia elettronica, spettroscopiche e di analisi con fasci ionici per l'analisi morfologica, composizionale e strutturale dei materiali, sia in relazione alle nanostrutture che alle strutture fotovoltaiche. Tecniche di analisi elettriche e chimiche sono utilizzate per studiare gli effetti del drogaggio in Ge. L'utilizzo di nano manipolatori permette inoltre la diretta caratterizzazione elettrica delle strutture nanometriche. La metodologia generale di indagine comprende la formulazione di modelli per la descrizione dei fenomeni osservati, che consentono di quantificare le osservazioni sperimentali, estrarre parametri e progettare gli esperimenti minimizzandone le matrici di condizioni. (literal)
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