Descrizione del modulo "Materiali Polimerici Compositi e Nanostrutture per Optoelettronica Fotonica e relativi Dispositivi (PM.P04.001.002)"

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  • Descrizione del modulo "Materiali Polimerici Compositi e Nanostrutture per Optoelettronica Fotonica e relativi Dispositivi (PM.P04.001.002)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • I materiali possono essere impiegati nell'industria microelettronica e per la produzione di energia elettrica da fonti pulite e rinnovabili sia in-door che ou-door in concorrenza con i materiali semiconduttori tradizionali. Possono servire per il risparmio energetico come fonti luminose allo stato solido perilluminazione, arredamento, segnalazione affiancandosi o sostituendo anche le lampadine a risparmio energetico. Altre applicazioni anche di nicchia ma con alto valore aggiunto come: sensori anche in campo biologico,display, alimentazione elettrica portabile ( tende, zaini, tessuti fotovoltaici per alimentazione di high-pod ecc.) o per dispositivi leggeri(carrozzelle piccoli elettrodomestici usabili dove non c'è rete elettrica). (literal)
Tematiche di ricerca
  • Progettazione e sintesi di monomeri e polimeri: preparazione attraverso vie sintetiche innovative ed ad alta resa di monomeri per ottenere materiali coniugati polimerici e oligomerici.Preparazione di materiali ibridi organico-inorganico: zeoliti, semiconduttori, CNT come inorganico. Caratterizzazione: spettroscopica, strutturale e morfologica dei materiali con valutazione delle proprietà chimiche,optoelettroniche e di organizzazione mediante diverse indagini sia in soluzione che allo stato solido dopo deposizione dei materiali mediante:spin coating, evaporazione in alto e ultra-alto vuoto, electrospinning, casting, Langmuir Blodgett, softlitografia. Studio delle relazioni struttura-organizzazione-proprietà elettroniche locali in funzione dei parametri di deposizione e dei trattamenti termici e ottimizzazione dell'organizzazione.Preparazione di dispositivi e loro caratterizzazione: celle fotovoltaiche, diodi elettroluminescenti,memorie,transistori ad effetto di campo, sensori; ottimizzazione delle due prime classi di dispospositivi. Utilizzo di proprietà barriera di polimeri organici per isolare i dispositivi.Innesto di componenti biologici su materiari su organici semiconduttori (literal)
Competenze
  • Progettazione e sintesi di polimeri ed oligomeri. Chimica organica e organometallica, chimica macromolecolare, messa a punto di protocolli di sintesi e purificazione di monomeri e polimeri. 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 e controllo dell'aggregazione supramolecolare. Softlitografia. Competenze spettroscopiche: infrarossa e visibile e scattering Raman. Competenze in spettroscopia fotoindotta, in misure di elettroassorbimento e di fluorescenza di materiali organici ed ibridi. Misure delle proprietà di emissione e vibrazionali di materiali organici in funzione della loro morfologia. Studio morfologico di superfici. Risoluzione strutturale di polveri fibre e film sottili anche orientati. Utilizzo di dry-box. PreparCaratterizzazione optoelettronica con misure delle curve caratteristiche del diodo (curve I-V) e di elettroluminescenza (curve L-V)di OLED. Caratterizzazione di celle fotovoltaiche sotto simulatore dello spettro solare AM1.5 (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Questi materiali rispondono alla necessità di sostituire le tecniche di lavorazione dei materiali inorganici tradizionali con tecniche più semplici e a minor costo. Anche coi materiali ibridi la dispersione in materiali inorganici negli organici permette di ridurre i costi di produzione dei materiali attivi. Questo è molto importante nel manifatturiero avanzato (literal)
Tecnologie
  • Preparazione e modifiche di prototipi di dispositivi quali celle fotovoltaiche, OLED, con differenti sistemi di deposizione e architetture didispositivo. Modifica degli strati attivi, degli elettrodi, aggiunta di altre interfaccie. Realizzazione di portacampioni per la preparazione contemporanea di più dispositivi. Realizzazione di software per misure elettriche e optoelettroniche in OLED,celle fotovoltaiche, memorie. Sviluppo di tecniche di diffrazione RX specifiche per film sottili. (literal)
Obiettivi
  • i)Sintesi di nuovi polimeri coniugati con proprietà elettroottiche. ii) preparazione di materiali ibridi organico-inorganico iii) preparazione materiali ibridi organico-biologico iv)Caratterizzazione molecolare,strutturale, spettroscopica, elettronica,elettrica v)Organizzazione delle strutture molecolari a basso/alto peso molecolare vi) Funzionalizzazione e studio delle superfici dei sustrati vii)realizzazione e ottimizzazione di prototipi di dispositivi OLED e OPV di sensori biologici, di memorie. (literal)
Stato dell'arte
  • Sebbene l' elettronica realizzata con materiali organici sia una tecnologia sufficientemente matura, la richiesta di nuovi materiali con proprietà elettroniche mirate e con migliorate organizzazioni supramolecolari è sempre attuale. La possibilità attraverso la sintesi organica di ottimizzare strutture polimeriche ad alto e basso peso molecolare contenenti più funzioni permette di ottenere materiali innovativi con specifiche funzioni d'uso in grado di realizzare nuove architetture di dispositivi. Inoltre la possibilità di ottenere per uno stesso materiale un tipo di conduzione sia n che p apre interessanti prospettive nella realizzazione di dispositivi per la produzione di energia rinnovabile (celle fotovoltaiche) il risparmio energetico ( illuminatori) e di dispositivi ad archittettura semplificata nei OFET e negli OLET. Prospettive fortemente innovative si stanno sviluppando nell'utilizzo di materiali polimerici semiconduttori nel packaging intelligente per il controllo della freschezza degli alimenti e della movimentazione di merci. La possibilità di associare molecole biologiche ai materiali semiconduttori ne consentirà l'utilizzo per indagini biologiche (literal)
Tecniche di indagine
  • Analisi strutturale per diffrazione RX in polveri films e fibre e con NMR, analisi termica con DSC e TGA, studio di superfici con microspie ottiche e a sonda (confocale e AFM e Kelvin Probe) per le determinazione delle relazioni proprietà-struttura- aggregazione supramolecolare. Studio delle fotoeccitazioni neutre o cariche di sistemi coniugati, processi di trasferimento di carica in sistemi donatori/accettori e misure di elettroassorbimento. Studio di fluorescenza di materiali organici ed ibridi e di processi di trasferimento risonante di energia tra diversi cromofori Caratterizzazione dell'efficienza quantica di fluorescenza in soluzioni ed in solidi per determinare la potenzialità dei materiali in OLED. Determinazione delle relazione emissione visibile-struttura-proprietà elettriche, relazione efficienza conversione elettrica/intensità luminosa. Preparazione di OLED e loro caratterizzazione optoelettronica con la misura delle curve caratteristiche del diodo (curve I-V) e di elettroluminescenza (curve L-V)e ottimizzazione dei dispositivi. Preparazione di celle fotovoltaiche e loro cratterizzazione sotto simulatore dello spettro solare AM1.5. (literal)
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