PREMIO (Centro per la Preparazione di Materiali Innovativi con proprietà chimico-fisiche Ottimizzate)

Gli obiettivi di PREMIO

PREMIO riunisce gran parte del personale afferente alla Sezione di Chimica Fisica del Dipartimento di Chimica dell’Università di Pavia. I proponenti sono attivi da decenni nella fabbricazione e caratterizzazione strutturale e funzionale di materiali per applicazioni in settori come l’energetica, la sensoristica, la bio-nanomedicina, l’ingegneria tissutale.

Più in particolare, l’attività di ricerca del Centro è rivolta alla realizzazione di materiali di elevata purezza, con struttura e microstruttura ben caratterizzata e correlata alle proprietà funzionali. Questo richiede, come supporto, la disponibilità di un complesso apparato di tecniche di caratterizzazione che coprano gli aspetti chimico-fisico, strutturale, microstrutturale, di trasporto, etc. Accanto ad una consolidata e più che trentennale vocazione per la preparazione di materiali per applicazioni energetiche (elettroliti ed elettrodi ceramici, vetrosi e polimerici), il personale del centro ha intrapreso negli ultimi anni lo studio di materiali a base di ossidi ceramici per altre applicazioni funzionali (sensoristica, microelettronica, optoelettronica), strutturali (rivestimenti) e anche di interesse biomedico (drug delivery, ingegneria tissutale). Recentemente l’attenzione è stata rivolta anche verso lo studio della nanostruttura e delle proprietà collegate.

Per quanto riguarda le tecniche di sintesi e preparazione di materiali, oltre alle convenzionali attrezzature per preparazioni wet chemistry e sol-gel, il Centro dispone di:

  • moderne tecnologie per la sintesi a stato solido mediante forni con controllo fine della temperatura e della atmosfera di processo
  • autoclave per la preparazione di aerogel
  • camere per combustion synthesis e Spark Plasma Sintering (SPS)
  • accesso a facility per irraggiamenti con raggi gamma e neutroni (reattore TRIGA MARK II)
  • dry-box ad elevate prestazioni

La disponibilità di un forno immagine in grado di raggiungere 2500°C consente la preparazione di monocristalli e di materiali policristallini per applicazioni estreme. Mediante la tecnica SPS è possibile compattare nanopolveri in modo tale che il materiale massivo risultante mantenga le caratteristiche strutturali e funzionali della nanostruttura di partenza. Le ricerche sulla compattazione di nanostrutture sono attualmente considerate di grande rilevanza nella scienza e tecnologia dei materiali. Per la deposizione di film sottili metallici, intermetallici e ceramici il centro dispone di una apparecchiatura RF magnetron sputtering, con possibilità di deposizione confocale. Film sottili polimerici e ibrido organico-inorganici possono essere depositati mediante spin-coating.

Per quanto riguarda la caratterizzazione, il centro ha accesso a un ampio ventaglio di tecniche di indagine strutturale e microstrutturale per materiali sia cristallini sia amorfi. In particolare, sono disponibili:

  • diffrattometri a raggi X per polveri, dotati di camere politermiche e accessori per analisi a basso angolo e misure di riflettività su film sottili
  • uno spettrometro NMR allo stato solido con accessori MAS e microimmagine
  • microscopi SEM e AFM
  • spettrometri IR e microRAMAN

I ricercatori del centro hanno inoltre esperienza decennale nelle tecniche di spettroscopia e diffrazione mediante luce di sincrotrone (ESRF, Daresbury). Le proprietà termiche e chimico-fisiche di materiali densi e porosi possono essere investigate mediante un sistema integrato di analisi termica. Per quanto riguarda le caratterizzazioni funzionali, un ruolo di particolare rilievo è ricoperto dalle misure di trasporto ionico ed elettronico. Il centro ha a disposizione strumentazione avanzata per misure elettrochimiche e di spettroscopia di impedenza in un amplissimo intervallo di temperatura (dall’elio liquido a oltre 1000°C) e di pressione parziale di ossigeno (dall’ambiente a 10-20 atm). Ciò consente studi molto accurati sulla dipendenza delle proprietà funzionali degli ossidi ceramici dalla stechiometria di ossigeno. Sono inoltre disponibili celle di misura per materiali ceramici e polimerici in grado di controllare la temperatura e l’atmosfera di processo (gas inerti, tossici, H2O, miscele) in ampi intervalli di variabilità. Sono anche disponibili stazioni di test per batterie e celle a combustibile polimeriche.

Le principali linee di ricerca sono:

  • sintesi e caratterizzazione chimico-fisica, strutturale e funzionale di nuovi materiali, anche nanostrutturati, per batterie ricaricabili (Li, Na)
  • sintesi e caratterizzazione di membrane per celle a combustibile polimeriche
  • sintesi e caratterizzazione chimico-fisica, strutturale e funzionale di materiali per celle a combustibile a ossidi solidi a conduzione ossidica e protonica
  • sintesi e caratterizzazione di materiali termoelettrici
  • sintesi e caratterizzazione di materiali superconduttori, sia inorganici sia organici, ad alta temperatura critica
  • sintesi e caratterizzazione chimico-fisica, strutturale e funzionale (bioattività, biocompatibilità) di materiali polimerici, vetro-ceramici e ceramici per ingegneria tissutale
  • sintesi, caratterizzazione chimico-fisica, morfologica e funzionale di nano-particelle metalliche, ceramiche e core/shell (anche superparamagnetiche e con proprietà di risonanza plasmoniche) per sensing, drug delivery e teragnostica
  • sviluppo di ricoprimenti ceramici e vetro-ceramici ad elevata porosità per impianti ortopedici
  • sviluppo di tecniche innovative per la deposizione di film di materiali ceramici da soluzione anche in associazione con tecniche di patterning mediante soft-lithography
  • modellazione computazionale (atomistica, MD, DFT) di correlazioni struttura-proprietà funzionali di materiali ceramici

Il Coordinatore e le UdR coinvolte


Cosa può offrire PREMIO all'industria


La dotazione strumentale di PREMIO

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