Descrizione della commessa "Materiali Polimerici Compositi e Nanostrutture per Optoelettronica, Fotonica e Relativi Dispositivi (PM.P04.001)"

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  • Descrizione della commessa "Materiali Polimerici Compositi e Nanostrutture per Optoelettronica, Fotonica e Relativi Dispositivi (PM.P04.001)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • I materiali possono essere impiegati nell'industria microelettronica in concorrenza con i materiali semiconduttori tradizionali o in nicchie di applicazioni. Possono rispondere a bisogni individuali come display per computer e televisori o piccoli oggetti domestici, illuminatori per abitazioni o per automotive, pannelli illuminanti per arredamento, produzione d'energia per piccoli dispositivi elettronici portatili, per arredi cittadini ( pensiline e tabelloni informativi) per la produzione di corrente in abitazioni (rivestimenti di pareti, finestre che arredano) in edifici pubblici e in serre. Rispondono anche a bisogni collettivi soprattutto per quanto riguarda la salvaguardia ambientale perchè possono essere utilizzati per risparmiare energia che per produrre energia dalla conersione di luce solare. Possono dare apporti anche al miglioramento della salute collettiva permettendo lo sviluppo di nuovi sistemi diagnostici, di packaging intelligente in campo alimentare e farmaceutico e cosmetico,contribuiscono alla sicurezza collettiva permettendo la tracciabilità delle merci, e l'illuminazione nelle città ad un minor costo (literal)
Strumentazione
  • -Impiantistica da laboratorio per sintesi chimica comprensivo di gasgromatografo -Spettrofotometri FTIR,FTIR-Raman e Raman nel visibile, -spettrofotometri d'assorbimento elettronico (UV-VIS-NIR) -Diffrattometro a polveri, -Microscopio confocale in fluorescenza, -Microscopio a forza atomica (AFM)dotato di Kelvin probe per misure a bassa corrente -Dry box a più camere con evaporatore per metalli, -multimetri per misure elettriche e sistema per misure di resistenze superficiali, -spettrometri NMR 270Mhz 400MHz e 500MHz, -evaporatore per organici alto vuoto ed ultraalto vuoto, -spin coater per deposizione da soluzione anche in atmosfera controllata -vasca Langmuir Blodgett, -Calorimetria a scansione differenziale (DSC)-e termogravimetria (TGA)per analisi termiche, -Forno a microonde per sintesi chimica pulita, -spettrometri di massa (gas-massa e MALDI), -Strumentazione per cromatografia ad esclusione (GPC o SEC)con rivelatori a indice di rifrazione (RID), ad assobimento elettronico,Light-Scattering e per cromatografia liquida ad alta (HPLC) e bassa pressione -Simulatore solare e sistema per la caratterizzazione optoelettronica dei dispositivi in dry-box (literal)
Tematiche di ricerca
  • -Modelling, processi di sintesi di monomeri/polimeri per elettronica, optoelettronica, sensoristica,ottimizzazione protocolli di polimerizzazione e sintesi. Caratterizzazione molecolare (GPC,NMR,FTIR), strutturale, spettroscopica, ciclovoltammetrica e termica. -Materiali polimerici ed oligomerici con mobilità p,n o ambipolari. -Materiali molecolari,organometallici,ibridi e polimerici altamente foto ed elettroluminescenti. -Architetture supramolecolari nanometriche autoorganizzate, quali composti host-guest organici ed ibridi con specifiche funzionalità. -Dispositivi a diversa architettura per emissione di luce, conversione luce/corrente, modulazione corrente, stoccaggio di dati. -Ottimizzazione delle morfologie di film polimerici e di blend e loro caratterizzazione con tecniche AFM, microscopia ottica e confocale a fluorescenza. -Studio delle interfacce organico/metallo e organico/semiconduttore inorganico. -Polimeri suprastrutturati per sensori molecolari -Polimeri ed oligomeri in grado di legarsi a particelle nanometriche di metalli nobili e a nanocristalli semiconduttori. -Fim sottili e flessibili di polimeri barriera(O2 e umidità) e SWCN. (literal)
Competenze
  • Chimica organica e organometallica, chimica macromolecolare, messa a punto di protocolli di sintesi e purificazione di monomeri e polimeri. Sintesi di nanoparticelle (Au, Pt, CdSe) funzionalizzate con sistemi a base tiofenica. Competenze NMR. Caratterizzazione molecolare e termica dei materiali. Tecniche di deposizione di film sottili (casting, spincoating, Langmuir Blodgett, alto vuoto)e di preparazione di fibre per electrospinning e di orientazione di polimeri per rubbing. Funzionalizzazione di superfici, autoorganizzazione supramolecolare e controllo dell'aggregazione. Soft-litografia. Competenze di spettroscopia vibrazionale ed elettronica. Competenze in spettroscopia fotoindotta, in misure di elettroassorbimento e di fluorescenza di materiali organici ed ibridi. Studio delle relazioni tra morfologia e proprietà ottiche delle superfici. Risoluzione strutturale di polveri,fibre e film sottili anche orientati. Caratterizzazione optoelettronica di dispositivi OLED, fotovoltaici, memorie e sensori. Applicazioni biotecnologiche. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Questi materiali rispondono alla necessità di sostituire le tecniche di lavorazione dei materiali inorganici, già utilizzate in elettronica, con altre più semplici, a minor costo e minor consumo d'energia. Sul mercato sono già presenti dispositivi quasi o totalmente plastici, che affiancano o parzialmente sostituiscono quelli ottenuti con tecnologie basate su materiali semiconduttori inorganici (silicio o semiconduttori) la cui lavorazione è costosa in termini energetici. L'autoorganizzazione di strutture organiche e ibride organico-inorganico o processi soft-litografici potrebbero sostituire quelli fotolitografici impiegati oggi.Soprattutto per le celle solari le tecniche utilizzate per la lavorazione dei polimeri possono essere utilizzate per la preparazione di dispositivi a larga area con costi di lavorazione molto inferiori rispetto alle tecniche utilizzate per inorganici ei composti molecolari. I materiali organici o ibridi possono trovare impiego in industrie di micro ed optoelettronica, per il risparmio energetico e la produzione d'energia. Possono essere impiegati in campo diagnostico sia biologico (sensori e sonde nanometriche) che alimentare (packaging intelligente). (literal)
Tecnologie
  • Preparazione di materiali nanostrutturati organici e ibridi organico-inorganico e organico-biologico per self assembly. Preparazione e ottimizzazione di prototipi di dispositivi quali celle solari, diodi elettroluminescenti, memorie con differenti sistemi di deposizione e architetture di dispositivo per il miglioramento delle loro prestazioni. Sistemi di deposizione di materiale organico e/o metallico in vuoto o alto vuoto da solido; di deposizione di materiale organico o ibrido organico-inorganico e organico-biologico in aria o in atmosfera inerte da soluzione. Creazione ,modifica e nanostrutturazione con soft -litography e microcontact printing di superfici per ottenere materiali nanostrutturati. Preparazione di strati ultrasottili per peeling. Fabbricazione e testaggio di dispositivi in ambiente inerte e controllato. Filatura di fibre nanometriche luminescenti e conduttive mediante elettrospinning. Modellazione di strutture e proprietà elettroniche mediante calcoli quantomeccanici (literal)
Obiettivi
  • -Sintesi di nuovi polimeri coniugati ad alto o basso peso molecolare con elettroluminescenza nel visibile, nel bianco e per diagnosi medicale. -Caratterizzazione molecolare,strutturale,elettronica,optoelettronica,elettrica, -Polimeri e materiali semiconduttori n o p o ambipolari per FET e celle solari a bulk-heterojunction, -Sistemi ibridi colorante/ossido metallico per celle solari a colorante. -Sistemi autoorganizzati in pattern regolari o in composti di inclusione e nanofili per realizzazione di materiali con diverse funzionalità: conversione dell'energia, sensoristica e biotech, -Nanostrutture a base tiofenica, fluorenica e benzotiadiazolica legate a nanoparticelle di metalli nobili (Au,Pt) o a cristalli semiconduttivi (CdSe e PbSe) per la sensoristica, la catalisi e la produzione d'energia, -Nanostrutture polimeriche organiche e ibride autoorganizzate per dispositivi optoelettronici innovativi, - OLED, anche con emissione altamente polarizzata, celle fotovoltaiche e memorie ad elevate prestazioni e basso consumo -Sensori a fluorescenza per il monitoraggio dell'attività enzimatica dell'acetilcolinesterasi (AChE), implicata nel morbo di Alzheimer. (literal)
Stato dell'arte
  • L'industria micro- e optoelettronica rappresenta una fetta consistente dell'economia globale. In questo settore, particolarmente rispetto al risparmio e alla produzione di'energia, c'è una forte domanda di nuovi materiali con funzioni innovative e migliorate prestazioni, ottenuti con processing a basso costo basato sull'auto-organizzazione su scala nanometrica. I polimeri coniugati, a basso ed alto peso molecolare, rispondono a queste esigenze e trovano già impiego in numerosi settori della microelettronica avanzata. Le principali richieste riguardano: -materiali polimerici/molecolari o ibridi in grado di dare emissione anche nel bianco sfruttando la fotoluminescenza/fosforescenza per la realizzazione di dispositivi a basso consumo per l'illuminazione. -polimeri anche ibridi con buona capacità di separazione e trasporto di carica, in grado di dare morfologie richieste per la realizzazione di celle fotovoltaiche. -polimeri con elevata mobilità delle cariche p ed n, con elevato grado d'ordine per transistori a effetto di campo in grado di dare anche emissione (OLET). -impiego dei materiali organici coniugati nel campo della sensoristica per la diagnostica medica. (literal)
Tecniche di indagine
  • Analisi molecolare costituzionale di composti molecolari e polimeri strutturale mediante NMR e SEC gas-massa e MALDI. Analisi strutturale mediante diffrazione dei RX e luce di sincrotrone e sviluppo di nuove metodologie correlate. Analisi termica. Analisi spettroscopica vibrazionale ed elettronica per la determinazione dell'accoppiamento elettrone-fonone e dei livelli energetici. Tecniche di elettroassorbimento per l'analisi degli stati elettronici di film sottili e di assorbimento fotoindotto per lo studio dei trasferimenti di carica in sistemi coniugati. Spettroscopia di foto/elettroluminescenza con determinazione delle efficienze assolute di fotoluminescenza e dell'efficienza quantica di elettroluminescenza. Misure di mobilità elettrica. Caratterizzazioni elettriche superficiali e in bulk, fotocorrente e spettri di azione. Misure elettrochimiche per la determinazione dei potenziali. Analisi morfologica e superficiale con tecniche AFM e con microscopia confocale a fluorescenza. Determinazione dei potenziali e funzioni lavoro di superfici organiche e inorganiche. Determinazione delle relazioni proprietà struttura da misure di mobilità, di foto ed elettroluminescenza e mobilità. (literal)
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