Descrizione del modulo "Proprietà delle superfici e dei cluster di materiali nanostrutturati (MD.P06.002.001)"

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  • Descrizione del modulo "Proprietà delle superfici e dei cluster di materiali nanostrutturati (MD.P06.002.001)" (literal)
Tematiche di ricerca
  • -Auto-organizzazione di aminoacidi depositati su superfici di metallo (Ag) o ossido (TiO2, MgO/Ag(100)). -Deposizione di nano-clusters di Ni su film di MgO/Ag(100). Caratterizzazione morfologica e della reattività rispetto a semplici reazioni chimiche con metodi sperimentali e computazionali. -Caratterizzazione morfologica di strati di grafene drogati e/o corrugati e/o difettati. Studio della loro reattività rispetto a reazioni chimiche di interesse catalitico. -Dispersione del ASP su superfici di Au e Cu nanostrutturate e possibilmente studio del suo confinamento su clusters metallici. -Metodi per focalizzazione fasci di elio da impiegare per lo studio di micro- e nano-strutture. -Simulazione di clusters e nanofili di leghe bimetalliche e di metalli su ossidi (stabilità, fusione, crescita). -Rilassamento della magnetizzazione in nanoparticelle magnetiche funzionalizzate per applicazioni in campo biomedico e/o misura del degrado di coatings protettivi. -Morfologia e struttura di nanoparticelle d'argento funzionalizzate con diacetileni polimerici. -Studio di film di TiO2 per applicazioni biomediche. (literal)
Competenze
  • I diversi partecipanti al modulo vantano competenze nell'utilizzo delle seguenti tecniche sperimentali e metodi di simulazione: - Sistemi di pompaggio per ultra alto vuoto (UHV) - Spettroscopia ad alta risoluzione a perdita di energia di elettroni (HREELS) - Spettroscopia di fotoemissione a raggi X (XPS) con strumentazione di laboratorio e con luce di sincrotrone. - Microscopia a effetto tunnel a bassa temperatura (LT-STM). - Miscroscopia a forza atomica. - Diffrazione da scattering di He. - Fasci molecolari supersonici e misura della dinamica dell'interazione gas-superficie con metodo \"King&Wells\". - Simulazioni ab-initio con calcoli di tipo DFT. - Simulazioni con metodo Montecarlo. - Studio di proprietà magnetiche di particelle colloidali mediante suscettometria. - Light scattering - Spettroscopia in fluorescenza. Hanno inoltre maturato esperienza nella caratterizzazione microscopica e spettroscopica di superfici, nella crescita \"in situ\" di film sottili di ossidi e di layers di molecole organiche auto assemblate, nello studio dell' interazione fra molecole e superfici in condizioni controllate ed in presenza di siti sottocoordinati. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • La Commessa SUPCLU propone studi di carattere fondamentale ma con potenzialità applicative in diversi settori tecnologici. Lo studio della risposta di una superficie alle onde elettromagnetiche e l'individuazione di eccitazioni elettroniche idonee permetterebbe di realizzare circuiti optoelettronici basati su plasmoni anziché elettroni (plasmonica). La conoscenza dei passaggi elementari dei processi chimici è alla base della progettazione di catalizzatori ingegnerizzati ad hoc per ridurre sprechi ed inquinamento. In particolare il lavoro sul grafene, iniziato attivamente nella seconda metà del 2013, mira ad individuare materiali economici e di larga disponibilità da usare come catalizzatori per i processi nelle fuel cells. La caratterizzazione dell'interfaccia organica-inorganica per molecole semplici come gli aminoacidi apre la strada ad una migliore comprensione dei fenomeni di biocompatibilità, oltre ad avere possibili applicazioni nel settore del controllo delle contaminazioni e dell'igiene. In questo ambito lo sviluppo di un microscopio a fasci di He e' ottimizzato per lo studio delle interfacce biologiche in quanto non distruttivo. (literal)
Tecnologie
  • - Spettroscopia ad alta risoluzione a perdita di energia di elettroni (HREELS) - Spettroscopia di fotoemissione a raggi X (XPS) con strumentazione di laboratorio (sorgente X convenzionale) e con luce di sincrotrone. - Microscopia a effetto tunnel a bassa temperatura (LT-STM). - Miscroscopia a forza atomica. - Diffrazione da scattering di He. - Fasci molecolari supersonici e misura della dinamica dell'interazione gas-superficie con metodo \"King&Wells\". Possibilità di combinare il SMB con l'apparato STM e con quello per spettroscopia HREELS e XPS. Possibilità di preparare molecole in stati rotazionali parzialmente definiti. - Simulazioni ab-initio con calcoli di tipo DFT. - Simulazioni con metodo Montecarlo. - Suscettometria su particelle colloidali. (literal)
Obiettivi
  • 1) Caratterizzazione di struttura e reattività di clusters di Ni supportati su film di MgO. 2) Analisi morfologica e spettroscopica di film di aminoacidi su superfici metalliche e/o di ossido. 3) Caratterizzazione della morfologia e reattività di strati di grafene chimicamente modificato e/o difettato. 4) Caratterizzazione di strutture auto–organizzate di molecole organiche (aminoacidi e pftalocianine) su layers di grafene cresciuto in situ su metallo o commerciale supportato su Si. 5) Focalizzazione di fasci di elio mediante elementi ottici in silicio passivato e studio di microstrutture. Messa a punto della sorgente del microscopio ad atomi di elio in realizzazione presso l'univ. di Bergen. 6) Individuazione di strutture energeticamente stabili e di pathways di formazione di clusters metallici e nanoleghe. 7) Misurazione delle proprieta' magnetiche di particelle colloidali funzionalizzate. 8) Verificare le propietà strutturali e funzionali di nanoparticelle d'oro funzionalizzate con polidiacetileni usate come sensori spettroscopici. 9) Studio delle propietà di biocompatibilità e antibatteriche di film di TiO2 nanostrutturati (literal)
Stato dell'arte
  • I fenomeni su scala nanometrica sono rilevanti per la miniaturizzazione di dispositivi optoelettronici e l'ottimizzazione di catalizzatori e sensori. I nanocluster e le nanoleghe metalliche e di aggregati metallici supportati su ossidi presentano peculiari caratteristiche che appaiono promettenti per applicazioni catalitiche, ottiche, biologiche e di sensoristica. Il grafene chimicamente modificato puo' sostituire materiali piu' pregiati come catalizzatore nelle reazioni tipiche delle celle a combustibile. Lo studio dell'interfaccia fra materiale organico e inorganico (monostrati di molecole di interesse biologico auto assemblate su superfici di metallo o ossido) è rilevante per le possibilità di applicazione in vari campi, tra cui spicca quello della biocompatibilità. L'attualità e interesse per questi argomenti è testimoniato dal crescente numero di gruppi di ricerca operanti in questi settori a livello internazionale e dall' incremento delle pubblicazioni sul tema. A livello internazionale vengono impiegate tecnologie derivate dalla scienza delle superfici e dei cluster, sperimentali e teoriche, che rientrano nelle competenze del gruppo genovese. (literal)
Tecniche di indagine
  • Lo studio dell'interazione fra molecole e superfici nanostrutturate viene effettuato, dal punto di vista sperimentale, combinando le diverse tecniche a disposizione dei ricercatori della commessa. In particolare la dinamica dell'interazione e' studiata mediante SMB e la tecnica di King & Wells. La morfologia superficiale puo' essere indagata mediante STM o AFM, mentre l' informazione sullo stato chimico degli adsorbati e' fornita dagli esperimenti di fotoemissione e quella vibrazionale dalle misure HREELS. La simulazione delle superfici nanostrutturate e degli adsorbati (sia molecole isolate che layers auto-organizzati di aminoacidi), effettuata mediante metodi DFT e Montecarlo, complementa i dati sperimentali e permette una piu' completa comprensione dei fenomeni. Dal 2012 fa parte della commessa anche un ricercatore esperto di misure magnetometriche su particelle colloidali. Tali particelle sono di interesse nell'ambito della commessa in quanto possibili substrati per l'adsorbimento di molecole di interesse biologico in condizioni realistiche, cioè non di UHV. (literal)
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