Descrizione previsione attività della commessa "Interazione Laser Materia (MD.P03.030)"

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  • Descrizione previsione attività della commessa "Interazione Laser Materia (MD.P03.030)" (literal)
Iniziative per acquisizione entrate
  • Anche se altre richieste di finanziamento esterno sono state attivate in ambito nazionale e regionale, è possibile che per l'anno 2014 non potranno essere disponibili altre risorse esterne. Si confida comunque di poter beneficiare di alcune risorse provenienti dalle Regione Basilicata quali fondi FSE o/e FESR come disposto da bandi territoriali o definiti nell'ambito dell'accordo quadro preesistente sottoscritto tra la Regione Basilicata ed il CNR. In ogni caso, la mancanza di finanziamenti ordinari inibirà sicuramente lo sviluppo e l'implementazione delle strumentazioni disponibili compromettendo di fatto non solo le attività in essere ma pregiudicando la possibilità di esplorare e intraprendere ulteriori attività di frontiera che possano costituire fonti per futuri finanziamenti esterni, soprattutto europei. E' bene sottolineare che per quanto fosse stata avanzata in passato una esplicita richiesta per la copertura finanziaria per l'acquisto di una sorgente laser al fs nell'ambito dell'intesa MiUR-Mezzogiorno per l'acquisizione di nuove strumentazioni, a causa delle rimodulazioni, e conseguenti notevoli riduzioni, delle risorse inizialmente previste da tale finanziamento, non è stato concesso quanto richiesto. Per ovviare a tale difficoltà nel 2009 é stata individuata, come fonte di finanziamento, la partecipazione al Centro di Competenza Tecnologica nell'ambito dell'Analisi e Prevenzione del Rischio Ambientale \"CCT-Impresambiente s.c. a r.l.\", che per effetto del bando PON del MiUR con Avviso Pubblico n. 1854/2006 ha consentito l'acquisto di un laser ad impulso ultracorto e di un amplificatore parametrico. Grazie alla acquisizione di tale patrimonio, di pregio per l'intero CNR, la commessa ha creato le condizioni per dotarsi di strumentazione all'avanguardia che le hanno consentito e le consentono di ottenere i risultati scientifici di maggior rilievo, di beneficiare di gran parte dei finanziamenti ricevuti e quindi, in prospettiva, per garantire ulteriori sviluppo per il futuro della commessa. Tuttavia, nonostante siano state individuate strategie di investimento delle proprie risorse esterne nella prospettiva di rafforzare la commessa con una strumentazione ad alto contenuto tecnologico che la rende così più competitiva sul territorio internazionale e ne consolida la posizione di riferimento per il territorio regionale in cui prevalentemente opera, bisogna sottolineare che la mancanza di un adeguato finanziamento ordinario per l'anno 2015 renderà ancora una volta difficoltoso non solo la sua gestione ordinaria, ma sicuramente pregiudicherà la possibilità di utilizzare al meglio le risorse esterne acquisite per implementazioni e quindi utilizzo di tali apparecchiature per nuove attività di frontiera. Di fatto, la necessità di utilizzare gran parte delle risorse esterne per la gestione ordinaria della strumentazione scientifica disponibile non permetterà lo sviluppo e l'esplorazione di nuovi campi di applicazione, rendendo vano, probabilmente, anche le strategie di investimento già intraprese pregiudicando così la possibilità per la commessa di ottenere ulteriori ed importanti forme esterne di finanziamento. Sui temi della commessa e sugli argomenti correlati l'Istituto intende promuovere progetti di ricerca, sia svolgendo attività per Imprese sia partecipando a bandi nazionali ed internazionali. Coerentemente con le attività scientifiche e di ricerca in cui la commessa è attiva, i ricercatori continueranno a presentare richieste di finanziamento a valere su bandi regionali, nazionali e internazionali e proporre convenzioni operative con soggetti pubblici e privati. (literal)
Punti critici
  • Spettroscopia REMPI di aggregati di molecole chirali in fascio supersonico: la produzione di complessi con metalli necessiterà di un ulteriore implementazione dell'apparato da vuoto esistente, al fine di vaporizzare mediante ablazione laser le specie metalliche. In particolare, il fascio supersonico verrà accoppiato con una camera di piccole dimensioni (circa 2 cm3) realizzata ad hoc per eseguire tale approccio. Un'ulteriore sorgente laser (laser Nd:YAG o laser ad eccimeri), da reperire nella forma di comodato o acquistare su progetti finalizzati, sarà necessaria per condurre l'ablazione del target metallico. Questi esperimenti permetteranno di produrre aggregati molecolari contenenti specie metalliche neutre, vibrorotrazionalmente freddi. Sarà inoltre possibile definire il ruolo del metallo nella produzione e reattività di aggregati chirali. Per lo studio dei processi di fotoionizzazione di molecole di interesse biologico o farmacologico, caratterizzate spesso da basse tensioni di vapore, sarà necessario testare una nuova sorgente appositamente realizzata per portare in fase vapore tali sostanze. Spettroscopia IRMPD: lo svolgimento di esperimenti presso il Centre Laser Infrarouge d'Orsay a Parigi è subordinato all'accettazione da parte del centro dei progetti presentati annualmente dagli utenti. Anche per il 2013 è stato presentato un proposal per il quale si è in attesa di risposta. Inoltre è stata avviata una collaborazione con il Dipartimento di Chimica e Tecnologie del Farmaco dell' Università degli Studi di Roma \"La Sapienza\" al fine di poter utilizzare la sorgente laser IR-OPO/A (infrared Optical Parametric Oscillator/Amplifier) accoppiata con trappola ionica di Paul, presente presso i loro laboratori. Tale strumentazione permette di effettuare studi di spettroscopia IRMPD nella regione spettrale 2600-3800 cm-1. LIBS a singolo impulso ns e fs, a doppio impulso fs/ns e deposizione laser di film sottili: sulla base dei risultati ottenuti si elaboreranno nuovi approcci teorici-sperimentali con l'obiettivo di verificare l'applicabilità della LIBS a doppio impulso fs/ns per determinare la composizione delle nanoparticelle prodotte necessita approfondire e definire come i meccanismi evaporativi, che possono indurre un cambiamento sensibile della composizione delle nanoparticelle, possano essere condizionati dalle proprietà del primo laser incidente. A tale scopo, devono essere individuati sistemi tali i cui coefficienti di emissività possano essere calcolati sulla base degli indici di rifrazione dei singoli elementi e estrapolati quelli complessi necessari alla determinazione della variazione di temperatura subito dalle nanoparticelle durante il loro processo evolutivo, tramite la misurazione risolta spazialmente e temporalmente della loro emissione di corpo quasi nero. Le attività di studio che risultano essere fondamentali per la definizione della tecnica LIBS lo sono anche per la determinazione dei processi coinvolti nella tecnica di deposizione laser (PLD). In particolare, sarà necessario effettuare ulteriori studi di processo nella produzione di film sottili innovativi di tipo organico ed inorganico quali: pepsina, carburi di metalli di transizione, materiali magnetici (SmCo) e film sottili a base di carbonio con ibridazione sp2 (es. grafene). Con tale intento, le singole variabili sperimentali (fluenza, lunghezza d'onda e durata dell'impulso laser, temperatura del substrato ecc.) verranno associate con metodi empirici-sperimentali e di equilibrio termodinamico, con i meccanismi di crescita e le proprietà funzionali dei materiali depositati, attraverso indagini XRF in situ e caratterizzazioni delle loro proprietà chimico-fisiche e morfologiche per mezzo delle seguenti tecniche ex situ: Micro-Raman, XRD standard e ad angolo radente, SEM, AFM, STM, XRF e XPS. Le attività della spettroscopia veloce e ultraveloce di fluorescenza Pump&Probe saranno dedicate ad esperimenti che coinvolgono fenomeni transienti, dell'ordine di qualche centinaio di femtosecondo, di coloranti, sistemi biologici e nanocompositi. Va sottolineato che per la caratterizzazione dell'orientazione, struttura elettronica e dinamica di carica per la fase condensata di nanocompositi ibridi formati da nanoparticelle metalliche e oligotiofeni, che hanno mostrato, con l'aumento della concentrazione delle nanoparticelle metalliche, uno spostamento nel blu e un aumento dell'intensità di fotoluminescenza, sono stati effettuati ulteriori indagini in fase di elaborazione presso la Materials Science beamline di ELETTRA - Sincrotrone di Trieste. Risulta evidente che la sempre più grave e inaccettabile carenza di altro personale Ricercatore strutturato e di fondi dedicati non solo all'acquisto di nuova strumentazione ma alla semplice manutenzione ed implementazione di quella esistente potrebbe in futuro pregiudicare fortemente la capacità del personale afferente alla commessa di riuscire ad approvvigionarsi, tramite finanziam????????±???????°6??????Ðê¿?????Š???????Sviluppare e definire approcci e metodologie di indagine Laser quali: 1) la determinazione e definizione di interazioni intermolecolari presenti in aggregati organici tramite la REMPI; 2) lo studio dei meccanismi elementari coinvolti durante l'applicazione della tecnica LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) a singolo e doppio impulso e la parametrizzazione del plasma indotto sia per usi analitici che per fornire elementi di valutazione dei processi coinvolti nella tecnica PLD (Pulsed Laser Deposition); 3) la produzione via laser e caratterizzazione strutturale, morfologica e funzionale di materiali depositati nella forma di film sottili; 4) applicazioni di spettroscopia Pump&Probe e di fluorescenza veloce ed ultraveloce per la determinazione e definizione dei processi transienti fotoindotti in sistemi organici, ibridi e componenti per concentratori solari per applicazioni nelle energie rinnovabili cogenerative e alta efficienza di conversione; 5) caratterizzazione strutturale di complessi ionici mediante spettroscopia IRMPD . In particolare si prevedono risultati nella: - produzione in fase gassosa di complessi organo-metallici e di molecole di rilevanza biologica chirali e non, analisi degli spettri di assorbimento REMPI e determinazione della correlazione tra struttura e reattività dei complessi prodotti; - sviluppo di appropriati modelli per calcoli teorici ab initio al fine di poter calcolare, per ogni complesso, le strutture più stabili, le energie relative, gli spettri di assorbimento e i relativi potenziali di ionizzazione; - produzione mediante elettrospray e caratterizzazione mediante spettroscopia laser IRMPD e spettrometria di massa di molecole e aggregati di interesse farmacologico; - valutazione dei parametri elementari di processo: della LIBS con singoli impulsi laser al ns e fs e definizione di nuovi approcci per l'analisi composizionale di leghe metalliche e per incrementare il Limit of Detection (LOD); - formazione e successivo frazionamento delle nanoparticelle indotte da impulsi laser ultra-corti (fs) tramite l'utilizzo, nella configurazione ortogonale, della LIBS a doppio impulso fs/ns; - verifica dell'applicabilità della LIBS a doppio impulso fs/ns ortogonale per l'analisi delle nanoparticelle prodotte durante il processo di ablazione indotto da impulsi laser ultracorti; - verificare se e come i risultati già ottenuti sull'analisi composizionale delle nanoparticelle prodotte dall'ablazione di quasicristalli possano essere estesi ad altri sistemi metallici; - seguire il processo di raffreddamento subito dalle nanoparticelle, durante la loro dinamica di evoluzione, definendo come i meccanismi evaporativi differenziali, possano essere condizionati dalle proprietà del primo laser incidente; - caratterizzazione mediante LIBS e micro-Raman di campioni di interesse nei Beni Culturali, in particolare intonaci romani dipinti; - acquisizione di ulteriori dati sperimentali che consentano di progredire gli studi sull'analisi dei meccanismi di formazione di centri di colore in cristalli ionici e formulare delle ipotesi per la modellizzazione dei fenomeni coinvolti; - studio temporale e spettrale di processi ultrarapidi in esperimenti di fluorescenza e Pump&Probe con impulsi di 10-13 s effettuati su coloranti, sistemi biologici e nanocompositi; - deposizione, con impulsi laser al ns e fs, di film sottili innovativi di tipo organico ed inorganico quali: tannino, carburi di metalli di transizione, materiali magnetici (SmCo) e film sottili a base di carbonio con ibridazione sp2 (es. grafene) e semiconduttori; - valutazione dei processi di generazione di DLC per ablazione di grafite in liquido condotta con impulsi laser al fs; - definizione del processo di ablazione laser ad impulsi ultracorti nella produzione di silica core shell metal nanoparticles per applicazioni SERS, sensoristiche, optoelettroniche, fotoniche e catalitiche. - studi preliminari sull'accelerazione di ioni indotta da impulsi laser ultracorti su cluster gassosi; - per i vari materiali ablati e le condizioni sperimentali utilizzate caratterizzare: 1) in situ il plasma indotto durante la sua dinamica di espansione tramite spettroscopia in emissione risolta in spazio e tempo, e la composizione dei film per mezzo della spettroscopia XRF; 2) ex situ le proprietà chimico-fisiche, morfologiche e funzionali dei film depositati attraverso l'ausilio delle tecniche disponibili presso le sedi dei vari partner quali: Micro-Raman, XRD standard e ad angolo radente, SEM, AFM, STM, e XPS.?e sicurezza di alimenti? Definizione di protocolli sperimentali, calcolo del lavoro medio e delle sue fluttuazioni in sistemi quantistici guidati fuori dall'equilibrio.?ainable development: Latin-American legal models and perspectives of European law\" - sara' proposta all'inizio dell'anno 2015 all'\"Oxford Journal of Legal Studies\"?ione di Euporia con nuove funzionalità relative alla ric (literal)
Attività da svolgere
  • Studio e parametrizzazione sperimentale del processo di ablazione e deposizione laser indotto da impulsi al ns e al fs attraverso la caratterizzazione in situ del plasma generato e della sua dinamica di espansione (spettroscopia in emissione risolta in spazio e tempo) e del deposito durante le sue fasi di crescita (XRF) nonché del film formato per mezzo di tecniche ex situ quali: XRD, SEM, TEM, AFM, micro-Raman e caratterizzazioni funzionali. Utilizzo di simulazioni bidimensionali di Dinamica Molecolare per la discriminazione teorica dei processi di ablazione indotta da impulsi laser ultra-corti (esplosione di fase, decomposizione spinodale, frammentazione e vaporizzazione) in materiali metallici. Definizione delle condizioni sperimentali da adottare (temperatura del substrato, energia e lunghezza d'onda del laser, presenza o meno di gas inerti e reattivi ecc.) per l'ottimizzazione e controllo dei meccanismi di crescita di film sottili di: materiali magnetici (SmCo) su supporti per applicazioni elettroniche e su supporti plastici per RFID; materiali per applicazioni sensoristiche (ITO, SnO2); carburi di metalli di transizione; leghe metalliche; quasicristalli; materiali di interesse biologico su substrati inorganici; elettrocromici; materiali a base di carbonio con ibridazione sp2 e semiconduttori, nanoparticelle metalliche, nanocompositi (metallo-oligotiofeni). Valutazione teorico-sperimentale sui meccanismi di formazione di nanoparticelle indotte nel processo di ablazione laser condotto con impulsi ultracorti e produzione di NPs di Ag per applicazioni SERS. Verifica sperimentale sull'applicabilità della LIBS a doppio impulso fs/ns in configurazione ortogonale come tecnica per la determinazione e controllo composizionale delle nanoparticelle prodotte in processi di ablazione laser ad impulsi ultra-corti di quasicristalli e leghe metalliche. Validazione di approcci semi-empirici per definire l'evoluzione composizionale subito dalle nanoparticelle prodotte in processi di ablazione laser ad impulsi ultra-corti attraverso l'utilizzo di misure del decadimento dell'emissione di corpo quasi nero delle nanoparticelle ed ipotesi di equilibrio termodinamico per processi evaporativi e radiativi. Studio della formazione e delle proprietà di NPs e nanocompositi indotti in liquido da impulsi laser al fs. Trattamenti superficiali di film per applicazioni satellitari. Studio di modelli teorici basati sulle evidenze sperimentali dei processi di frammentazione di ioni metastabili. Studio di fattibilità per la generazione e misura di processi di accelerazione di ioni indotta da impulsi laser ultracorti su cluster gassosi. Sviluppo della metodologia analitica ns/fs LIBS a singolo e doppio impulso seguendo in particolare il fenomeno di frazionamento indotto sulle nanoparticelle prodotte da impulsi ultra-corti al variare della fluenza del primo laser e seguendo il decadimento dell'emissione di corpo quasi nero delle particelle prodotte. Esperimenti di fluorescenza e Pump&Probe su fenomeni transienti, dell'ordine dei picosecondi, di coloranti, sistemi biologici e nanocompositi per la fotonica e per le energie alternative. Produzione in fascio supersonico di complessi organo-metallici, di cluster contenenti molecole organiche chirali di rilevanza biologica o farmacologica e loro caratterizzazione mediante spettroscopia laser REMPI e spettrometria di massa a tempo di volo. Studio di nuovi processi laser per la caratterizzazione, il trattamento superficiale e la deposizione di materiali nanostrutturati per concentratori solari e sistemi fotovoltaici organici ed ibridi cogenerativi ad alta efficienza di conversione, per la sensoristica, l'automotive, la fotonica e l'optoelettronica; Studio mediante spettroscopia IRMPD e spettrometria di massa di molecole di interesse farmacologico e loro aggregati prodotti mediante elettrospray. Studio sulla trasferibilità applicativa del processo di ablazione condotto in liquidi con impulsi laser ultracorti (fs). Trattamento superficiale di assorbitori per moduli a conversione termoionica di sistemi a Concentrazione Solare. Ci si propone coinvolgere la commessa in altre attività di Istituti dello stesso CNR come l'IMIP per ampliare la rilevanza e impatto internazionale delle ricerche che si intendono sviluppare. (literal)
Risultati attesi
  • Sviluppare e definire approcci e metodologie di indagine Laser quali: 1) la determinazione e definizione di interazioni intermolecolari presenti in aggregati organici tramite la REMPI; 2) lo studio dei meccanismi elementari coinvolti durante l'applicazione della tecnica LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) a singolo e doppio impulso e la parametrizzazione del plasma indotto sia per usi analitici che per fornire elementi di valutazione dei processi coinvolti nella tecnica PLD (Pulsed Laser Deposition); 3) la produzione via laser e caratterizzazione strutturale, morfologica e funzionale di materiali depositati nella forma di film sottili; 4) applicazioni di spettroscopia Pump&Probe e di fluorescenza veloce ed ultraveloce per la determinazione e definizione dei processi transienti fotoindotti in sistemi organici, ibridi e componenti per concentratori solari per applicazioni nelle energie rinnovabili cogenerative e alta efficienza di conversione; 5) caratterizzazione strutturale di complessi ionici mediante spettroscopia IRMPD . In particolare si prevedono risultati nella: - produzione in fase gassosa di complessi organo-metallici e di molecole di rilevanza biologica chirali e non, analisi degli spettri di assorbimento REMPI e determinazione della correlazione tra struttura e reattività dei complessi prodotti; - sviluppo di appropriati modelli per calcoli teorici ab initio al fine di poter calcolare, per ogni complesso, le strutture più stabili, le energie relative, gli spettri di assorbimento e i relativi potenziali di ionizzazione; - produzione mediante elettrospray e caratterizzazione mediante spettroscopia laser IRMPD e spettrometria di massa di molecole e aggregati di interesse farmacologico; - valutazione dei parametri elementari di processo: della LIBS con singoli impulsi laser al ns e fs e definizione di nuovi approcci per l'analisi composizionale di leghe metalliche e per incrementare il Limit of Detection (LOD); - formazione e successivo frazionamento delle nanoparticelle indotte da impulsi laser ultra-corti (fs) tramite l'utilizzo, nella configurazione ortogonale, della LIBS a doppio impulso fs/ns; - verifica dell'applicabilità della LIBS a doppio impulso fs/ns ortogonale per l'analisi delle nanoparticelle prodotte durante il processo di ablazione indotto da impulsi laser ultracorti; - verificare se e come i risultati già ottenuti sull'analisi composizionale delle nanoparticelle prodotte dall'ablazione di quasicristalli possano essere estesi ad altri sistemi metallici; - seguire il processo di raffreddamento subito dalle nanoparticelle, durante la loro dinamica di evoluzione, definendo come i meccanismi evaporativi differenziali, possano essere condizionati dalle proprietà del primo laser incidente; - caratterizzazione mediante LIBS e micro-Raman di campioni di interesse nei Beni Culturali, in particolare intonaci romani dipinti; - acquisizione di ulteriori dati sperimentali che consentano di progredire gli studi sull'analisi dei meccanismi di formazione di centri di colore in cristalli ionici e formulare delle ipotesi per la modellizzazione dei fenomeni coinvolti; - studio temporale e spettrale di processi ultrarapidi in esperimenti di fluorescenza e Pump&Probe con impulsi di 10-13 s effettuati su coloranti, sistemi biologici e nanocompositi; - deposizione, con impulsi laser al ns e fs, di film sottili innovativi di tipo organico ed inorganico quali: tannino, carburi di metalli di transizione, materiali magnetici (SmCo) e film sottili a base di carbonio con ibridazione sp2 (es. grafene) e semiconduttori; - valutazione dei processi di generazione di DLC per ablazione di grafite in liquido condotta con impulsi laser al fs; - definizione del processo di ablazione laser ad impulsi ultracorti nella produzione di silica core shell metal nanoparticles per applicazioni SERS, sensoristiche, optoelettroniche, fotoniche e catalitiche. - studi preliminari sull'accelerazione di ioni indotta da impulsi laser ultracorti su cluster gassosi; - per i vari materiali ablati e le condizioni sperimentali utilizzate caratterizzare: 1) in situ il plasma indotto durante la sua dinamica di espansione tramite spettroscopia in emissione risolta in spazio e tempo, e la composizione dei film per mezzo della spettroscopia XRF; 2) ex situ le proprietà chimico-fisiche, morfologiche e funzionali dei film depositati attraverso l'ausilio delle tecniche disponibili presso le sedi dei vari partner quali: Micro-Raman, XRD standard e ad angolo radente, SEM, AFM, STM, e XPS. (literal)
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