Il laboratorio IdEA riunisce ricercatori sui materiali con formazione fisica e/o chimica per lo sviluppo di materiali innovativi con applicazioni in quattro aree principali: energia, ambiente, aerospaziale e sensoristica. Lo sviluppo dei materiali è basato su tecniche di fabbricazione quali: deposizione laser pulsata (PLD), ablazione laser pulsata (PLA), magnetron sputtering a radio-frequenza (RF-MS), evaporazione (cannone elettronico ed effetto Joule), sintesi chimica e spin-coating. In laboratorio sono anche disponibili varie tecniche di analisi, in particolare:  microscopio a scansione elettronica, calorimetria differenziale a scansione, spettroscopia di desorbimento termico, ecc.

Conversione ed accumulo di energia solare: Il laboratorio IdEA sviluppa materiali e processi per la conversione e l’accumulo di energia solare, seguendo due linee di ricerca in particolare: Celle fotoelettrochimiche (PECs) e conversione solare-idrotermica. La tecnologia PEC è una possibile via per la produzione di combustibili solari, che risultano dalla conversione e immagazzinamento di energia solare nei legami di molecole ad alta densità di energia, come H2 da scissione dell’acqua o i prodotti di riduzione di CO2. In un dispositivo PEC, l’assorbimento di fotoni UV-visibili ai fotoelettrodi induce la produzione di coppie elettrone-vacanza che vengono poi utilizzate per reazioni redox catalitiche nella formazione dei carburanti. L’attività del laboratorio IdEA si concentra sullo sviluppo di materiali compatibili con l’ambiente come Fe, W, Ti e derivati, con l’obiettivo di migliorarne l’attività catalitica mediante controllo della struttura su scala nanometrica. Nell’ambito del progetto ERiCSol e in collaborazione con i dipartimenti DICAM e DII, il laboratorio è inoltre impegnato nello sviluppo di un processo termochimico per immagazzinare l’energia solare in biocombustibili e prodotti a base carbonio ad alto valore aggiunto. Il processo si basa sull’integrazione di un concentratore solare ed un reattore idrotermico, entrambi progettati e realizzati dal lab IdEA e da DICAM.

Fotocatalisi: L’utilizzo della fotocatalisi per distruggere inquinanti è un metodo economico e sostenibile per la bonifica di acque reflue, specialmente se si utilizza come fonte di energia la luce solare. Il laboratorio IdEA svolge attività di ricerca su materiali a basso costo e scalabili (Fe, Ti, Co) pensati per funzionare con luce solare concentrata e realizzati in forma di rivestimenti micro/nano strutturati per massimizzarne l’attività catalitica.

Tecnologie basate su ablazione laser per applicazioni spaziali: In collaborazione con il laboratorio  di Fisica delle astroparticelle si realizzano materiali pensati per applicazioni del processo di ablazione laser in ambito spaziale, come la propulsione di satelliti di piccole dimensioni e la rimozione di rifiuti spaziali. L'attività sperimentale è accompagnata da simulazione e studi teorici nell’ambito dei processi gasdinamici che regolano l’ablazione laser.

Sintesi e funzionalizzazione ottica di nanomateriali: I nanomateriali, ad esempio nanodiamanti e nanopolveri di carburo di silicio, sono al centro di molte applicazioni future. La loro sintesi e funzionalizzazione ottica è un importante passo verso il loro utilizzo in molti campi, quali la biosensoristica, la fotocatalisi e il rilevamento di campi magnetici/elettrici in condizioni ambientali estreme. Seguendo questa linea di ricerca, il laboratorio è attivo nello sviluppo di metodi di sintesi e caratterizzazione magneto-ottica di nanodiamanti  e nella fabbricazione di dispositivi. 

Membrane: La separazione di miscele di gas mediante barriere sottili si verifica come conseguenza delle diverse velocità di permeazione dei componenti della miscela di gas. Questa tecnologia ha acquisito un ruolo significativo nello scenario industriale perché la separazione di gas richiede attrezzature semplici, facili da usare e compatte. La ricerca nel laboratorio IdEA mira a sintetizzare, caratterizzare e testare membrane formate da nanocompositi polimerici innovativi costituiti da biopolimeri a base di PLA e PHB con inglobate nanoparticelle a base grafene o nanocellulosa.

Supercondensatori: I supercondensatori sono dispositivi di accumulo di energia elettrochimica che immagazzinano e rilasciano energia mediante adsorbimento e desorbimento reversibili di ioni alle interfacce tra i materiali degli elettrodi e gli elettroliti. Tali dispositivi sono costruiti con elettrodi realizzati mediante materiali ad alta area superficiale che permettono di ottenere significativi valori di capacità perché la separazione di carica si realizza nel doppio strato elettrico di dimensioni nanometriche che si forma all'interfaccia elettrodo-elettrolita. La ricerca nel laboratorio IdEA mira a sintetizzare, caratterizzare e testare materiali innovativi per elettrodi utilizzando nanostrutture di carbonio, nanocompositi di polimeri conduttori e materiali verdi.

Collaborazioni principali: Data la natura multidisciplinare, la ricerca del laboratorio IdEA beneficia di una rete di collaboratori le cui competenze complementano quelle del gruppo:
Università di Mumbai, Dipartimento di Fisica – PEC e fotocatalisi
Università di Liverpool, Scuola di Ingegneria – caratterizzazione strutturale di materiali
Università di Ferrara, Dipartimento di Chimica e Scienze Farmaceutiche – PEC

 

Componenti del gruppo

Coordinatore Antonio Miotello
Professori Riccardo ChecchettoAntonio Miotello
Assegnisti Michele Orlandi
Dottorandi Luca Basso, Asma El Golli (dottoranda Erasmus+ICM), Murilo Alexandre Fendrich (Dottorando in Materiali, Meccatronica e Ingegneria dei Sistemi), Giulia Ischia (Dottoranda in Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica), Yaksh J. Popat, Jacopo Terragni
Staff tecnico Nicola BazzanellaMarco BettonteMassimo Cazzanelli
Collaboratori permanenti Claudio CestariLuigino Vivaldi