Ossidi Multifunzionali & Smart Coatings

Gli ossidi metallici hanno molteplici funzionalità. Vari approcci sperimentali e teorici evidenziano caratteristice e proprità che li rendono adatti ad applicazioni in settori tecnologici diversi che vanno dalla microelettrica, alla catalisi e all’energetica. Le loro proprietà chimiche e fisiche dipendono dalla loro microstruttra e interfasi la cui caratterizzazione crea nuove sfide ed opportunità per la comunità scientifica. Le attività di ricerca riguaradno (i) la crescita dei materiali con metodologie sia chimiche, per esempio sol-gel, che fisiche quali sputtering e deposizione da fase vapore, (ii) il trattamento post-crescita, (iii) la caratterizzazione chimico-fisico-morfologica e il modeling teorico dei seguenti ossidi:

  1. “High-K” e dielettrici
  2. Ossidi conduttori trasparenti, TCO
  3. Rivestimenti “intelligenti”

Ossidi (high-K, ceramic e TCO)

L’utilizzo di film sottili e nanoparticelle di ossidi di ZnO, In2O3, NiO, Er2O3, high-K, TCO,.. richiede l’ottimizzazione dei loro processi di sintesi e deposizione, e lo studio delle loro proprietà magnetiche, ottiche ed elettriche per definire la correlazione struttura-nanodimensionalità-proprietà-funzionalità. A tale scopo, le attività di ricerca sono focalizzate su:

  1. Sviluppo e studio di nuovi processi CVD (deposizione da fase vapore chimica) plasmochimici e metallorganici (MOCVD) per migliorare la qualità dei materiali, anche attraverso la sintesi di nuovi precursori di crescita MOCVD
  2. Ottimizzazione della crescita degli ossidi mediante trattamenti plasmochimici di ossidazione e di sputtering e studio di diverse configurazioni plasmochimiche (plasma remoto, radiofrequenza, ECR, ..)
  3. Trattamenti “post-crescita” mediante annealing e plasma per controllare le loro proprietà ottiche ed elettriche, quali per esempio la densità di vacanze di ossigeno.
  4. Funzionalizzazione delle superfici degli ossidi per applicazioni in catalisi, per rivestimenti anrti-corrosione, sensoristica, microelettronica e l’optoelettrionica.
  5. Progettazione, crescita e ottimizzazione di film sottili e multistrati a base di nuovi ossidi trasparenti con proprietà ottiche ed elettriche variabili

La nostra strategia per l’ottimizzazione dei materiali e dei processi si basa sull’utilizzo di sistemi multi-diagnostici in situ e in tempo reale per controllare e studiare le cinetiche di reazione e la dinamica in fase gas e la superficie dell’ossido durante la crescita.

Le misure in situ sono corroborate da caratterizzazioni XRD, AFM, SEM, XPS, Raman e da misure di conduttività.

Di seguito vengono riassunti alcuni risultati raggiunti:

  1. Processi MOCVD assistiti da plasma per la deposizione di di nuovi film sottili e nanostrutture di Er2O3, HfO2, e ZnO con proprietà ottiche ed elettriche variabili
  2. Analisi e controllo delle interface in eterogiunzioni a base di ossidi di peroskite
  3. Controllo della carica e della resistenza in TCO mediante trattamento “post-crescita”
  4. Ottimizzazione della microstruttura e della conduttività dell’ITO mediante trattamento con plasmi remote

Rivestimenti intelligenti o “Smart Coatings”

I rivestimenti intelligenti adattano le loro proprietà in maniera dinamica a stimuli esterni nel loro ambiente (come pressione, luce, calore, etc.,) e reagiscono in maniera controllata e reversibile. Essi vengono adoperati in diversi campi, per esempio nelle celle a combustibile, nei dispositivi bio-elettronici, nei biosensori, nei biomateriali e nei sistemi per l’indirizzamento dei farmaci nell’organismo.

Le strategie adoperate per promuovere la ricerca in questo campo comprendono:

  1. Deposizioni chimiche da fase vapore a bassa pressione alimentate con precursori acidi e basici di rivestimenti sensibili al pH.
  2. Deposizioni pulsate via plasma di NIPAM and simili per ottenere rivestimenti sensibili al calore.
  3. Deposizione di rivestimenti a base di ZnO- o TiO2 mediante processi plasmochimici assistiti da aerosol che mostrano variazioni nell’angolo di contatto dopo irraggiamento.

Facilities & Labs

NanoChem @ URT Bari

People

Maria_LosurdoMaria

Losurdo

Dirigente di Ricerca CNR

Giovanni_BrunoGiovanni

Bruno

Dirigente di Ricerca Associato CNR

Eloisa_SardellaEloisa

Sardella

Ricercatore CNR

Pietro-FaviaPietro

Favia

Professore Associato

mariamichelgiangregorio_researcherMaria Michela

Giangregorio

Ricercatore CNR

albertosacchetti_technicianAlberto

Sacchetti

Tecnico CNR

fabio_palumbor150Fabio

Palumbo

Ricercatore CNR

Fiorenza_FanelliFiorenza

Fanelli

Ricercatore CNR

Francesco FracassiFrancesco

Fracassi

Professore Associato

Publications

  1. M.M. Giangregorio, G.V. Bianco, P. Capezzuto, G. Bruno, M. Losurdo, H2 and N2 Remote Plasma Processing of Wurtzite-Like Oxides: Implications for Energy Applications, Plasma Process. Polym. 13, 147–160 (2016). DOI: 10.1002/ppap.201500210
  2. S. Battiato, · M. M Giangregorio, · M. Ri. Catalano, ·R. Lo Nigro · MARIA LOSURDO, · G. Malandrino, Morphology-controlled synthesis of NiO films: the role of the precursor and the effect of the substrate nature on film structural/optical properties, RSC Adv., 2016, 6, 30813 DOI: 10.1039/c6ra05510a
  3. Bruno, M. M. Giangregorio, G. Malandrino, P. Capezzuto, I. L. Fragala`, M. Losurdo, Is There a ZnO Face Stable to Atomic Hydrogen? Adv. Mater. 21, 1700-1706 (2009)DOI: 10.1002/adma.200802579
  4. Maryline Moreno-Couranjou, Fabio Palumbo, Eloisa Sardella, Gilles Frache, Pietro Favia, Patrick Choquet Plasma Deposition of Thermo-Responsive Thin Films from N-Vinylcaprolactam, Plasma Processes and Polymers, Vol 11, Issue 9, pages 816–821, 2014, DOI: 10.1002/ppap.201400019
  5. 5.Eloisa Sardella, Pietro Favia, Elena Dilonardo, Luigi Petrone and Riccardo d’Agostino, PE-CVD of Acid/Base Coatings from Acrylic Acid and Allylamine Vapours, Plasma Processes and Polymers,Vol. 4, Issue Supplement 1, pages S781–S783, 2007, DOI: 10.1002/ppap.200731904

Patents

Projects

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