Materiali Polimerici Semicristallini

Gli obiettivi del CR Materiali Polimerici Semicristallini

I gruppi di ricerca che afferiscono al Centro includono ricercatori di grande esperienza in vari settori connessi a polimeri semicristallini, soprattutto idrocarburici. In particolare, sono presenti competenze nella caratterizzazione di proprietà fisiche di materiali polimerici e nell’analisi strutturale e morfologica di polimeri. Esiste, peraltro, una lunga tradizione nella preparazione di nuovi polimeri sia attraverso policondensazione, che mediante catalizzatori Ziegler-Natta e metallocenici.

Vale la pena segnalare che negli ultimi anni, da parte di ricercatori afferenti al Centro, sono stati sintetizzati dei nuovi materiali polimerici di potenziale interesse industriale, per cui sono stati concessi brevetti internazionali.

Nell’ambito del Centro è presente una lunga esperienza nella sintesi e caratterizzazione di polimeri di condensazione con particolari tipi di organizzazione molecolare, in grado di dar luogo a fasi liquido-cristalline; sono presenti nel Centro anche importanti competenze sintetiche di nuovi materiali polimerici la cui struttura chimica ed organizzazione molecolare è in grado di manifestare proprietà rilevanti nel campo dell’elettronica (polimeri semiconduttori e conduttori), dell’ottica (polimeri fotocromici), e dell’optoelettronica (polimeri per modulazione elettroottica).

Ricercatori afferenti al Centro costituiscono peraltro un gruppo leader a livello internazionale per quanto riguarda la preparazione e caratterizzazione di materiali con fasi cristalline a complesso molecolare (co-cristalli polimerici). Particolarmente interessanti sono i risultati, di recente pubblicati su importanti riviste internazionali, relativi a film polimerici con fasi cristalline che includono molecole foto-attive, potenzialmente utilizzabili per memorie ottiche o per ottica non-lineare.

Ricercatori afferenti al Centro hanno sviluppato tecniche innovative per lo studio del disordine strutturale presente nei polimeri semicristallini. In particolare presso l’unità di Napoli è stato sviluppato un metodo che si basa sulla previsione delle figure di diffrazione dei raggi X e degli elettroni mediante il calcolo della trasformata di Fourier di modelli di struttura contenenti diversi tipi di disordine, e sullo sviluppo matematico di equazioni che consentono di calcolare analiticamente i profili di diffrazione dei raggi X di sistemi disordinati (Diffraction Modeling Method).

Nel Centro sono presenti anche rilevanti tradizioni e abilità di carattere teorico e modellistico che riguardano i processi di cristallizzazione di polimeri. Sono stati sviluppati approcci che prendono in considerazione il ruolo di strutture precristalline (bundles) e il possibile ruolo di mesofasi in processi di cristallizzazione che riguardano alcune famiglie di polimeri

Le competenze dell’Unità di ricerca di Milano, Napoli e Salerno nella preparazione e caratterizzazione di catalizzatori di coordinazione, nella sintesi e caratterizzazione di nuovi materiali polimerici, nell'analisi NMR di polimeri, nella caratterizzazione di relazioni proprietà-struttura di materiali polimerici e nella modellistica molecolare, applicata allo studio di materiali polimerici, sono ampiamente riconosciute in letteratura, ed hanno prodotto un elevato numero di articoli pubblicati sulle più autorevoli riviste internazionali.

Di seguito sono elencati alcuni dei più rilevanti obiettivi di ricerca del Centro:

  • Ottenimento di materiali con fasi cristalline a complesso molecolare host-guest a partire da polimeri idrocarburici stereoregolari. Si punterà soprattutto all’ottenimento di materiali con guest con proprietà ottiche speciali: fluorescenti (per componenti ottici), foto-reattivi (per memorie ottiche). L’utilizzo di guest polari dovrebbe peraltro consentire di ottenere nuovi materiali polimerici con proprietà elettriche speciali (materiali dielettrici, eventualmente ferroelettrici).
  • Ottenimento di materiali polimerici con fasi cristalline nanoporose per sensoristica e separazioni molecolari. Si punterà soprattutto a sviluppi relativi di tali materiali nanoporosi come sensori molecolari, nell’immagazzinamento di gas e nell’assorbimento di inquinanti presenti in tracce. Nuovi materiali per sensoristica e separazioni molecolari saranno ottenuti sfuttando le proprietà di fasi cristalline nanoporose, che presentano una distribuzione ordinata nello spazio di pori di dimensioni molecolari. Si punterà, in particolare, a realizzare: materiali con fasi amorfe idrofile accanto a fasi cristalline nanoporose idrofobe, idonei ad accellerare le cinetiche di assorbimento di inquinanti dall'acqua; materiali per il rilascio controllato verso l'ambiente di molecole di origine naturale (proprietà antiossidanti o antisettiche).
  • Aerogeli per la rimozione di liquidi organici sversati (oil spill); membrane per separazione di gas, potenzialmente utilizzabili per la depurazione e raffinazione del biogas; procedure per la preparazione di fasi cristalline nanoporose che utilizzino solventi eco-compatibili.
  • Ottenimento di materiali nanostrutturati a partire da copolimeri a blocchi ed a innesto, contenenti blocchi cristallizzabili. Tali copolimeri saranno ottenuti mediante catalisi di polimerizzazione metallorganica o mediante tecniche di polimerizzazione combinate. L'utilizzo delle tecniche di cristallizzazione epitassiale del blocco cristallino su opportuni supporti cristallini permetterà di creare nanopatterns ordinati su film sottili o nanostrutture ordinate potenzialmente utili in svariate applicazioni.
  • Elastomeri cristallini innovativi. Ci si propone di ottenere elastomeri innovativi che presentano alta rigidità e tenacità e basse temperature di transizione vetrosa, con proprietà elastiche in ampi intervalli di deformazione, grazie alla presenza di gradi di cristallinità non trascurabili.
  • Sintesi di materiali macromolecolari contenenti cromofori ad elevata iperpolarizzabilità molecolare covalentemente incorporati nella matrice polimerica, eventualmente reticolata. Valutazione di proprietà ottiche nonlineari dei film orientati, al fine di possibili impieghi nel campo delle telecomunicazioni.
  • Sintesi di polimeri a struttura coniugata solubili in solventi comuni. Ottenimento di film di tali polimeri e determinazione della conducibilità elettrica in presenza di sostanze droganti e/o cromofori in grado di conferire al sistema rilevanti proprietà di conducibilità elettrica e/o proprietà adatte nelle applicazioni PV. Auto-organizzazione ed interazioni con superfici in funzione delle tipologie di catene laterali.
  • Ottenimento di fibre polimeriche di dimensioni nanometriche mediante electrospinning. Si utilizzeranno polimeri semicristallini di interesse industriale, anche opportunamente funzionalizzati e con molecole guest per impartire alle fibre peculiari proprietà ottiche o elettriche. Di tali fibre verrà studiata la morfologia, l’orientamento delle catene polimeriche (mediante misure di dicroismo infrarosso e di diffrazione di raggi X) e verranno valutate le eventuali variazioni di struttura e di proprietà del materiale ottenuto per electrospinning e con tecniche tradizionali.
  • Sviluppo di metodologie di modeling di sistemi cristallini e di processi di cristallizzazione. Acquisizione, mediante modellazione molecolare rapportata a studi sperimentali, di conoscenze scientifiche relative ai requisiti molecolari per l'ottenimento di materiali polimerici con fasi cristalline a complesso molecolare e fasi cristalline nanoporose, nonché di materiali polimerici nanostrutturati cristallini e di nanocompositi. Modeling di superfici cristalline e delle loro interazioni con polimeri.
  • Modellazione mediante calcoli “first principles” delle proprietà ottiche (fotocromismo, risposta ottica non lineare) elettriche (conducibilità elettrica) e della risposta spettroscopica di cromofori o molecole funzionali da utilizzare come guests in nanofibre o in matrice polimerica.
  • Messa a punto di metodiche di funzionalizzazione di nanocariche,soprattutto di natura grafitica (nanotubi di carbonio e grafene) e la preparazione e caratterizzazione di corrispondenti nanocompositi con matrici polimeriche, anche ottenute da fonti rinnovabili.
  • Sviluppo, a partire dai polimeri e dalle nanocariche sopra descritti, di nuovi materiali nanostrutturati e nanocompositi con l'intento di perseguire possibili applicazioni nei campi della microelettronica, fotonica e della sensoristica ambientale

Il Coordinatore e le UdR coinvolte


Cosa può offrire il CR Materiali Polimerici Semicristallini all'industria


La dotazione strumentale del CR Materiali Polimerici Semicristallini

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