Attività di Ricerca

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 e spettroscopia di desorbimento termico. Fra gli esperimenti per l’indagine di applicazioni sono presenti: caratterizzazione elettrochimica, simulatore solare, reattori a flusso e di tipo batch per fotocatalisi, due concentratori solari a rapporto di concentrazione medio-basso e alto, separazione di gas mediante tecnologie basate su membrane.

Idrogeno verde, 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 nel caso del progetto H2@TN, 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, C e derivati, con l’obiettivo di migliorarne l’attività catalitica mediante controllo della struttura su scala nanometrica. Nell’ambito del progetto PNRR iNEST, 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, C) 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 è un processo energeticamente competitivo rispetto alle tecnologie tradizionali e richiede attrezzature semplici e compatte. La ricerca nel laboratorio IdEA mira a sintetizzare, caratterizzare e testare membrane formate da nanocompositi polimerici innovativi per separazione di gas o per packaging utilizzando biopolimeri matrice a base di PLA e PHB con disperse nanoparticelle a base grafene o strutture derivate (nanoplateteles di grafene o ossido di grafene), nanocellulosa (nanofibrille o nanocristalli) e strutture 2-D naturali come la montmorillonite (MMT) o i layered double-hydroxide (LDH).

Collaborazioni principali

Data la natura multidisciplinare, la ricerca del laboratorio IdEA beneficia di una rete di collaboratori le cui competenze complementano quelle del gruppo:

• Christ University, Bangalore, Dipartimento di Fisica ed Elettronica – PEC e fotocatalisi
• Università di Liverpool, Scuola di Ingegneria – caratterizzazione strutturale di materiali
• Università di Ferrara, Dipartimento di Chimica e Scienze Farmaceutiche – PEC
• School of Engineering, University of Edinburgh (UK) – caratterizzazione membrane
• Universität der Bundeswehr München - Institut für angewandte Physik und Messtechnik – determinazione volume libero in polimeri

Membri del gruppo