Descrizione del modulo "Materiali multifunzionali organici e ibridi per l'energia (PM.P04.001.007)"

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  • Descrizione del modulo "Materiali multifunzionali organici e ibridi per l'energia (PM.P04.001.007)" (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 out-door in concorrenza con i materiali semiconduttori tradizionali. Possono servire per il risparmio energetico come fonti luminose allo stato solido per illuminazione, 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 attraverso vie sintetiche innovative ed ad alta resa di monomeri, polimeri e copolimeri alternati o a blocchi ad elevata coniugazione. Preparazione di materiali ibridi polimero organico- nanocristalli semiconduttori o polimero-CNT. Questi materiali hanno come finalità il risparmio o la produzione di energia.Caratterizzazione spettroscopica, strutturale e morfologica dei materiali con valutazione delle proprietà chimiche, elettriche, optoelettroniche e di organizzazione mediante indagini in soluzione o allo stato solido come film deposti mediante spin coating, casting, softlitografia e doctor blade. Studio delle relazioni struttura-organizzazione-proprietà elettroniche o elettriche locali in funzione dei parametri di deposizione e dei trattamenti termici e ottimizzazione dell'organizzazione. Preparazione e ottimizzazione di diodi elettroluminescenti e loro caratterizzazione. Contributi alla preparazione di celle fotovoltaiche, transistori ad effetto di campo, sensori condotte da altri gruppi. Utilizzo di proprietà barriera di polimeri organici per isolare i dispositivi ad elettrodo flessibile. (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.Preparazione di materiali ibridi polimeri organici con nanoparticelle inorganiche: nanocristalli semiconduttivi,nanotubi,fullereni. Competenze NMR. Caratterizzazione molecolare e termica dei materiali.Tecniche di deposizione di film sottili (casting, spincoating, Langmuir Blodgett, alto vuoto). Competenze nella preparazione di film via microcontact-printing. Funzionalizzazione di superfici e controllo dell'aggregazione supramolecolare.Studio morfologico di film con AFM e microscopia. Competenze spettroscopiche: infrarossa e visibile. Misure di elettroassorbimento, di fluorescenza ed elettroluminescenza di materiali organici ed ibridi. Misure delle proprietà di emissione di materiali organici e ibridi in funzione della loro aggregazione e morfologia. Risoluzione strutturale di polveri, fibre e film sottili anche orientati. Utilizzo di dry-box. Preparazione e caratterizzazione optoelettronica con misure delle curve caratteristiche del diodo(curve I-V) e di elettroluminescenza(curve L-V)di OLED. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Questi materiali rispondono alla necessità di sostituire le tecniche di lavorazione dei materiali inorganici tradizionali con tecniche da soluzione più semplici e a minor costo e a minor impatto energetico. Considerando anche i materiali ibridi la dispersione di materiali inorganici negli organici o la coordinazione degli organici agli inorganici (copolimeri a blocchi) permette di ridurre i costi di produzione dei materiali attivi e offre la possibilità di ottenere film di gradi superfici di materiali attivi. Questo è molto importante nel manifatturiero avanzato per la realizzazione di illuminatori, di dispositivi per il signaling e la realizzazione di moduli a larga area di celle fotovoltaiche. Lo sviluppo di materiali adatti ad essere processati in soluzioni acquose o idroalcoliche agevolerà la produzione di dispositivi a larga area riducendo i costi relativi alla sicurezza degli operatori e allo smaltimento dei rifiuti. (literal)
Tecnologie
  • Preparazione e modifiche di prototipi di dispositivi OLED con differenti sistemi di deposizione, processi di annealing e architetture di dispositivo. Modifica degli strati attivi, degli elettrodi, aggiunta di altre interfaccie. Realizzazione di porta-campioni per la preparazione contemporanea di più dispositivi. Realizzazione di software per misure elettriche in cristalli e blend polimero-nanotubi-e optoelettroniche in OLED Realizzazione di elettrodi flessibili ottenuti da blend di polimeri alifatici e nanotubi e misure della loro resistenza. Sviluppo di tecniche di diffrazione RX specifiche per film sottili. Sviluppo di tecniche di trasferimento e allineamento di film sottili tra substrati diversi. (literal)
Obiettivi
  • i) Sintesi di nuovi polimeri e monomeri coniugati con proprietà optoelettroniche ed elettriche . ii) Sintesi di copolimeri a bocchi rigido-flessibili iii)Sintesi di materiali ibridi polimero nanocristalli semiconduttori. iv) preparazione e caratterizzazione di oligomeri e polimeri coniugati processabili da fase acquosa v)Caratterizzazione molecolare, strutturale, spettroscopica, elettronica ed elettrica dei materiali e dei film preparati coi materiali vi)Organizzazione delle strutture molecolari a basso/alto peso molecolare vii Film sottili e ultrasottili preparati con tecniche da soluzione e softlitografiche vi) Preparazione di superfici funzionalizzate con SAM viii)Realizzazione e ottimizzazione di prototipi di dispositivi OLED con emissione a uno, più colori, bianca di sensori biologici, di memorie. ix)Sviluppo di un sensore a fluorescenza per il monitoraggio dell'attività enzimatica dell'acetilcolinesterasi (AChE), implicata nel morbo di Alzheimer. (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. Un nuovo aspetto della tematica è legato allo sviluppo di materiali maggiormente ecocompatibili sia in termini di processi di sintesi che di fabbricazione del dispositivo. Questo è soprattutto valido per la fabbricazione di celle fotovoltaiche che prevedono l'impiego di enormi quantità di solventi clorurati , potenzialmente dannosi per l'ambiente e con smaltimento molto costoso. (literal)
Tecniche di indagine
  • Analisi molecolare di molecole e polimeri con NMR, gascromatografia, gas massa, spettroscopie UV-Vis e infrarossa GPC e MALDI. Analisi termica con DSC e TGA Analisi strutturale per diffrazione RX in polveri, films, fibre, studio di superfici con microspie ottiche e a sonda (confocale, 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 per determinare la relazione emissione visibile-struttura-proprietà elettriche e conversione elettrica/intensità luminosa. Caratterizzazione dell'efficienza quantica di fluorescenza in soluzioni ed in solidi. Preparazione di OLED e loro caratterizzazione optoelettronica con la misura delle curve caratteristiche del diodo (curve I-V) e di elettroluminescenza (curve L-V), ottimizzazione di dispositivi. Misure di mobilità e conducibilità in cristalli, cocristalli e blend polimero-nanotubi. (literal)
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