Laboratorio Regionale di Sintesi e Caratterizzazione di Nuovi Materiali
Organici e Nanostrutturati per Elettronica, Fotonica e Tecnologie
Avanzate (Codice Progetto: 20)
Coordinatore scientifico
Francesco Babudri
Dipartimento di Chimica Università degli Studi Aldo Moro di Bari
Le unità di ricercaUnità di ricerca ResponsabileU1. Dipartimento di Chimica Università degli Studi Aldo Moro di Bari
Prof. Francesco Babudri
U2. Dipartimento di Farmacia-Scienza del Farmaco (ex Dipartimento Farmaco-Chimico) Università degli Studi Aldo Moro di Bari
Prof. Renzo Luisi
U3. Dipartimento dell’Ingegneria dell’Innovazione Università del Salento Lecce
Dr. Giuseppe Ciccarella
U4. CNR Istituto di Metodologie Inorganiche e dei Plasmi (IMIP)
Dr. Giovanni Bruno
U5 Dipartimento di Ingegneria Elettrica e dell`Informazione DEI (ex Dipartimento dei Elettrotecnica ed Elettronica) Politecnico di Bari
Prof. Vincenzo Petruzzelli
Obbiettivo della Rete 1) Sintesi di materiali organici, nanomateriali di differenti tipologie finalizzati all’impiego come semiconduttori in applicazioni in dispositivi optoelettronici e fotonici (Organic Light Emitting Diodes OLEDs-dispositivi fotovoltaici)a) polimeri ed oligomeri coniugatib) complessi organometallicic) nanoparticelle metallicheCaratterizzazione molecolare e morfologica allo stato solidoCaratterizzazione funzionale (elettronica, ottica ed altre proprietà) 2) Sintesi di materiali nanostrutturati per applicazioni nel settore ambientale e dell’Health Care
3) Sviluppo di processi di sintesi in continuo a più basso costo e ridotto impatto ambientale
Settori di impattoa) innovazione nell’elettronica e nella fotonicab) utilizzo di dispositivi elettronici in molteplici applicazioni (arredamento, produzione di energia da fonti rinnovabili, risparmio energetico)c) nanotecnologie molecolari (NMT) applicabili a segmenti del mercato dell’ambiente e della salute dell’uomo.d) processi di sintesi a basso impatto ambientale
Domanda di innovazione del sistema produttivo
Offerta tecnologica della Rete
Ø Film sottili di materiali organici, compositi e metallicidepositati per spin-coating ed evaporazione termica.
Ø Prototipi di dispositivi elettroluminescenti, fotovoltaicie guide d’onda.
Ø Analisi ottica ed elettrica dei dispositivi.
ØAnalisi morfologica dei film sottili mediante microscopia elettronica.
Ø Studio degli stati eccitati e dei tempi di vita per campioni in soluzione sia per quelli allo stato solido.
Ø Studio del trasferimento di carica mediantespettroscopia ultraveloce e risolta nel tempo.
Ø Sintesi e caratterizzazione di sistemi nanoparticellarimetallici e ibridi applicazioni in catalisi,conversione di energia, protezione di beni culturali,additivi per materiali polimerici.
Ø Nuove tecnologie di produzione
Sorgenti di illuminazione LEDs plastiche (OLEDs); Celle solari plastiche basate su nuovi materiali ibridi organici-inorganici; Dispositivi Fotovoltacromici basati su tecnologia ibrida organica/inorganica. Tali dispositivi costituiscono le tecnologie del futuro nei settori dell’illuminazione e della produzione/gestione di energia da fonte rinnovabile.
Sviluppo di nuove metodologie di produzione
Sviluppo di processi sostenibili
Le attività svolte al 31/12/2013
Attività/progetto/servizio 1. Molecular NAnotechnology for HeAlth and EnvironmenT (MAAT)
Risultati raggiunti Complessi dell’Iridio e polimeri fluorurati da utilizzare come materiali emettitori in OLEDPolimeri per coordinazione con struttura base dell’antrachinone e zinco come materiali fotocromiciNanocristalli colloidali di PbS con assorbimento nel NIR
Ricadute industriali I materiali ottenuti saranno valutati per l’impiego nella realizzazione degli obbiettivi del progetto:a) smart panel semitrasparenti di colore modulabile in cui sono combinate funzionalità di produzione di energia (celle solari), d’illuminazione (OLEDs) e di schermatura controllata (fotovoltacromico);b) lab-on-Chips (LOCs) di basso costo in cui sorgenti di eccitazione OLEDs sono integrate direttamente nel dispositivo
Altri risultati
Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto
Tozzi Renewable Energy (T.R.E.)
Partner di progetto
ST Microelectronic ssrl Partner di progetto
Immagini (foto delle strumentazioni e/o di prototipi, prodotti, impianti pilota)
Complessi dell’Iridio luminescenti
Polimeri fluorurati elettroluminescenti
Polimeri elettrocromici
N
NN
NF
F
FF
F
F
F
F
F
F
F
F
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2
N
NN
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Immagini (foto delle strumentazioni e/o di prototipi, prodotti, impianti pilota)
TEM micrograph of PbS quantum dots
Absorption spectrum of PbS QDs in comparison with CdSe QDs: extension in the NIR
All inorganic Solar Cells fabricated with PbS QDs in collaboration with CNR-Nano Lecce.Complete Room Temperature ProcessingEfficiency of 3.6% on glass and 1,8% on flexible substratesEnergy Environ. Sci., 6 (2013), 1565–1572
400 600 800 10000,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
abso
rban
ce/a.u.
wavelength/nm
CdSe PbS
Le attività svolte al 31/12/2013Attività/progetto/servizio 2. Materiali innovativi per il fotovoltaico organico ed ibrido
Risultati raggiunti
Ricadute industriali • Nuove classi di materiali (polimeri push-pull fluorurati, polimeri con struttura benzofulvenica) utilizzabili nella realizzazione di celle fotovoltaiche bulk-heterojunction
Altri risultati • Pubblicazioni scientifiche su riviste a diffusione internazionale relative alla sintesi di polimeri coniugati per celle fotovoltaiche.
Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto
Immagini (foto delle strumentazioni e/o di prototipi, prodotti, impianti pilota)
Prototipo di OPV
Simulatore di luce solare
Glove box con evaporatore per metalli
Immagini (foto delle strumentazioni e/o di prototipi, prodotti, impianti pilota)
sistema di spettroscopia di assorbimento ultrafast
Profilometro
Spin coater
Le attività svolte al 31/12/2013Attività/progetto/servizio
3. NAno / MIcro STrutturazione nei materiali per l’Edilizia ed altri settori produttivi (NAMISTE)
Risultati raggiunti
Ricadute industriali Sviluppo di metodologie sintetiche di nanocristalli applicabili a livello industriale.Prototipi e analisi chimico-fisiche. Scale up in impianto pilota per la sintesi dei componenti nanostrutturati.Sviluppo di materiali refrattari
Altri risultati Sintesi di ossidi di metalli nanocristallini (tipicamente usati come additivi di prodotti per l’edilizia) con controllo di forma e dimensioni
Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto
Green Chemlab s.r.l. Partner di progetto
Laboratori, studi di progettazione A.R.Chi.Mede s.r.l.
Partner di progetto
Lab s.r.l. Partner di progetto
Refrasud International s.r.l. Partner di progetto
Immagini (foto delle strumentazioni e/o di prototipi, prodotti, impianti pilota)
Sintesi di nanoparticelle di TiO2
Modulazione delle dimensioni di nanoparticelle di TiO2
Spray dryer
TA5 TA6
TA1 TA2 TA3
TA4
Le attività svolte al 31/12/2013Attività/progetto/servizio 4. Sviluppo di nuovi processi produttivi mediante
l’uso di microtecnologieRisultati raggiunti
Ricadute industriali • Lo sviluppo di processi in continuo a più basso costo e ridotto impatto ambientale di fondamentale importanza per le industrie chimiche.
• La validità della tecnologia è un ulteriore aspetto che ha ricaduta su quelle industrie che al momento mostrano scetticismo verso i dispositivi microfluidici o che non sposano l’approccio «high risk – high gain».
Altri risultati Visibilità a livello nazionale e internazionale del laboratorio di sintesi microfluidica.
Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto
Itelpharma Ruvo di Puglia Interesse a sviluppare nuovi processi di sintesi
Incontri informali
Sanofi Aventis Brindisi Interesse a sviluppare nuovi processi di sintesi
Incontri informali
FIS Vicenza Custom synthesis di API Incontri informali
Thalesnano Budapest Sviluppo tecnologie di produzione
Incontri informali
Immagini
Strumentazione per il monitoraggio «in-line» di processi sintetici. Consente di ridurre i tempi per lo sviluppo di un processo
La strumentazione è parte integrante del laboratorio FLAME-Lab di recente istituzione presso il Dipartimento di Farmacia. Tale laboratorio, unico nel meridione, si pone l’obiettivo di offrire alle aziende know-how e supporto tecnologico per lo sviluppo di processi di sintesi più sostenibili e nuove metodologie di produzione.
Strumentazione per lo sviluppo di sintesi in flusso continuo attraverso l’uso di microchip in vetro. Consente la produzione di molecole in maniera più sostenibile e conveniente.
Le attività svolte al 31/12/2013Attività/progetto/servizio 5. MEM4WIN “Ultrathin Glass Membranes for
Advanced, Adjustable and Affordable Qudruple Glazing Windows for 0-Energy Buildings” )
Risultati raggiunti Sviluppo di tecniche per l’ottenimento di film di grafeni mediante deposizione chimica da fase vapore
Ricadute industriali Fabbricazione di finestre con membrane di vetro ultrasottili ed a bassa dispersione termica, integrate con celle fotovoltaiche per la generazione di energia elettrica e collettore di energia termica solare per produzione di acqua calda, per edilizia a Energia Quasi Zero
Altri risultati
Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto
LISEC (Austria) Partner di progetto
PROFACTOR (Austria) Partner di progetto
ENERGYGLAS (Germania) Partner di progetto
DURST PHOTECHNIK (I) Partner di progetto
TIGER COATINGS (Austria) Partner di progetto
AIXTRON (UK) Partner di progetto
Spettroscopia ellissometrica
Spettro ellissometrico del coefficiente di estinsione e del coefficiente di assorbimento del polimero PDTBTV fluorurato e non fluorurato mescolato (rapporto 1.1)
Ellissometro spettroscopico per misure ex-situ delle proprietà ottiche di suoerfici e film sottili.
Spettro ellissometrico del coefficiente di estinsione nel controllo delle proprietà plasmoniche di nanoparticelle di oro per l’applicazione nel fotovoltaico e nella SERS (Surface ehnanced Raman spectroscopy)
Ellissometro spettroscopico assemblato su reattore plasmochimico, per il monitoraggio dei processi di trattamento delle superfici e crescita di materiali.
Monitoraggio in tempo reale del processo di fluorurazione del grafene a fluorografene con processo plasmochimico.
RF
cathodeanode
RF source
Gas
Graphenesubstrate
Vacuumpump
PLAS
MA
SE light beam
Spettroscopia ellissometrica
FnF-atoms
Le attività svolte al 31/12/2013Attività/progetto/servizio
6. Fabbricazione e caratterizzazione di film ottici sottili
Risultati raggiunti
Ricadute industriali • Sperimentazione di circuiti stampati optoelettronici in guide d’onda polimeriche per l’Optical Interconnection on Chip.
• Caratterizzazione delle proprietà ottiche di riflessione di nano-strutture periodiche in oro su substrato di Silicio cristallino per la valutazione della “sensitivity” di sensori ottici plasmonici.
Altri risultati • n.7 pubblicazioni sulle conoscenze sviluppate nell’attività di ricerca utilizzando le strumentazioni acquisite con il Progetto delle reti.
Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto
IIT Lecce Interessata ai risultati della caratterizzazione ottica, realizza componenti nanostrutturati.
Regolari contatti.
US Army RDECOM Interessata alla progettazione di sensori ottici plasmonici
Regolari contatti.
Fabbricazione di guide d’onda polimeriche
Spin coater per guide d’onda polimeriche
Microscopio ottico
Guide d’onda polimeriche eccitate. Banco ottico
Profilometro
Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto
MER MEC SpA Monopoli Partner interessato ai risultati del progetto.
Regolari contatti.
MASMEC SpA Modugno Partner interessato ai risultati del progetto.
Regolari contatti.
AVIO SpA Brindisi Partner interessato ai risultati del progetto.
Regolari contatti.
Attività/progetto/servizio
7. Progettazione e implementazione di un inclinometro ottico in tecnologia plasmonica. PON MASSIME
Risultati raggiunti
Ricadute industriali • Sviluppo di strutture plasmoniche composte da array di aperture in uno strato metallico poste reciprocamente ad una determinata distanza per la realizzazione di sensori plasmonici.
Altri risultati • n.7 pubblicazioni sulle conoscenze sviluppate nell’attività di ricerca utilizzando le strumentazioni acquisite con il Progetto delle reti.
• Progetto di un inclinometro plasmonico.• Fabbricazione e caratterizzazione delle strutture
plasmoniche realizzate.
INCLINOMETRO OTTICO IN TECNOLOGIA PLASMONICA
Schema di principio dell’inclinometro n tecnologia plasmonica
Array di nanoparticelle di oro depositato su Si
Contorno periodicoContorno
assorbente
Au
Aria
Onda Piana
λ = 622.5 nm λ = 788 nmλ = 607.5 nm
Modi plasmonici accoppiati
Modo plasmonico sull’interfaccia di
ingresso
Risonanza di apertura
Sito web della Rete: http:// di prossima attivazione
Attività promozionali svolte
Presentazione della rete al convegno internazionale FUTURMAT2 Riva Marina Resort 16-20 settembre 2012
Presentazione della rete allo SMART PUGLIA EXPO- SMAU BusinessBari 6-7 febbraio 2013
Attività programmate• Progetto:• Celle Solari Polimeriche Processabili da Mezzi Acquosi: Dai Materiali Ai Moduli
Fotovoltaici (Aqua-Sol)• AQUA-SOL si propone di contribuire al progresso del fotovoltaico organico
(OPV) sviluppando materiali, metodi di caratterizzazione e processi per la fabbricazione di dispositivi fotovoltaici polimerici processabili da mezzo acquoso.
PUBBLICAZIONI
L Carroccia, B Musio, L Degennaro, G Romanazzi, R. Luisi (2013). “Microreactor-Mediated Organocatalysis: Towards the Development of Sustainable Domino Reactions”Journal of Flow Chemistry, vol. 4, 29, (2013). Giovine, B. Musio, L. Degennaro, A. Falcicchio, A. Nagaki, J. Yoshida, R. Luisi “Synthesis of 1,2,3,4-Tetrahydroisoquinolines by Microreactor-Mediated Thermal Isomerization of Laterally Lithiated Arylaziridines”Chemistry-A European Journal, 19, 1872, (2013) G. V. Bianco , M. M. Giangregorio , M. Losurdo , P. Capezzuto , G. Bruno“Supported Faceted Gold Nanoparticles with Tunable Surface Plasmon Resonance for NIR-SERS”Advanced Funcional Materials, 22, 5081, (2012)H. Xu, R. A. Picca, L. De Marco, C. Carlucci, A. Scrascia, P. Papadia, B. F. Scremin, E. Carlino, C. Giannini, C. Malitesta, M. Mazzeo, G. Gigli, G. Ciccarella“Nonhydrolytic Route to Boron-Doped TiO2 Nanocrystals”European Journal of Inorganic Chemistry 1, 364, (2013) Ying-Cen Guo, Filippo De Angelis, Fabio Della Sala, Roberto Cingolani, Giuseppe Gigli, and Giuseppe Ciccarella, “Organic Dyes Containing A Triple Bond Spacer for Dye Sensitized Solar Cells: a Combined Experimental and Theoretical Investigation”Current Organic Chemistry, 15, 3535, (2011) N. Depalo, R. Comparelli, J. Huskens, M. J. W. Ludden, A. Perl, A. Agostiano, M. Striccoli, M. L. Curri "Phase Transfer of CdS Nanocrystals Mediated by Heptamine β-Cyclodextrin" Langmuir, 28, 8711,(2012)
N. Depalo, P. Carrieri, R. Comparelli, M. Striccoli, A. Agostiano, L. Bertinetti, C. Innocenti, C. Sangregorio, M. L. Curri "Biofunctionalization of Anisotropic Nanocrystalline SemiconductorMagnetic Heterostructures"Langmuir, 27, 6962, (2011)
PUBBLICAZIONI
Operamolla , S. Colella, R. Musio, A. Loiudice, O. Hassan Omar, G. Melcarne, Marco Mazzeo, Giuseppe Gigli, Gianluca M. Farinola, F. Babudri“Low band gap poly(1,4-arylene-2,5-thienylene)s with benzothiadiazole units: Synthesis, haracterization and application in polymer solar cells”Solar Energy Materials & Solar Cells 95 3490, (2011) G. Calò, A. Farinola, V. Petruzzelli, "Equalization in photonic bandgap multiwavelength filters by the Newton binomial distribution,"J. Opt. Soc. Am. B 28, 1668 (2011). G. Calò, A. Farinola, V. Petruzzelli, ”Design and Optimization of High Sensitivity Photonic Interferometric Biosensor on Polymeric Waveguides”Progress in Electromagnetic Research Letters, 33, 151 (2012). G. Calò, D. Alexandropoulos, V. Petruzzelli, “Active WDM filters on dilute nitride quantum well photonic bad gap waveguide”Progress in Electromagnetic Research Letters, 35, 37 (2012). G Calò, M. Grande, D. Alexandropoulos, V. Petruzzelli, "Photonic band gap waveguide filters based on dilute nitrides"Physica Status Solidi C, 10, 567 (2013). G. Calò, V. Petruzzelli, “WDM Performances of two- and three- waveguide Mach-Zehnder switches assembled into 4x4 matrix router”Progress in Electromagnetic Research Letters, 38, page 1 (2013).
Contatti
Prof. Francesco BabudriDipartimento di Chimica Università degli Studi di Bari Aldo MoroVia Orabona 4 70125 BariTel 0805442075 e-mail [email protected]