Ricerca, innovazione e tecnologia 21EventiLunedì 25 marzo 2013

La ricerca, l’innovazione e l’alta tecnologia, con

tutte le loro prospettive di applicazione e con i possibili ritorni in termini economici e sociali passano dall’Istituto dei Materiali per l’elettroni-ca e il magnetismo (Imem). Con sede a Parma e con uni-tà operative a Trento (presso la Fondazione Bruno Kes-sler), a Genova (nell’Univer-sità) e a Torino (nel Politec-nico), è vocato all’eccellenza: sviluppa e studia materiali (inorganici, organici e ibri-di) con proprietà funzionali innovative per aprire pro-spettive tecnologiche di in-teresse economico e sociale.Semiconduttori, supercon-duttori e materiali magne-tici vengono preparati con proprietà su misura su scala macroscopica, microscopica e nanometrica. Il direttore Salvatore Ian-notta spiega “Vengono ot-tenuti mediante metodi, spesso sviluppati original-mente dai nostri ricercato-ri, di crescita controllati: in vuoto, per via chimica e altri e sotto varie forme: cristalli, strati sottili, nanostrutture. Studi con strumentazioni raffinatissime permettono di determinare proprietà strutturali, elettriche e otti-che, che possono poi essere ottimizzate”. Le applicazioni riguardano numerosi campi dell’elet-tronica e del magnetismo. Questi in particolare: effi-cienza energetica, energie rinnovabili e cogenerazio-ne, magneti senza materiali rari, sensoristica, motoristi-ca, auto elettriche, registra-zione magnetica, domotica, bioelettronica e biomedica.

Anche fotovoltaico, microgenerazione e refrigerazioneSensoristica per la sicurezza, qualità della vita e biomedica

Materiali e dispositivi per biomedica e bioelettronica

Tecnologie innovative con materiali dalle proprietà multi-funzionali

Le energie rinnovabili sono un terreno dove Imem è

senza dubbio leader. In par-ticolare, lo è nello sviluppo di materiali innovativi per la re-alizzazione di sistemi e compo-nenti per un uso più efficiente, razionale e sostenibile dell’ener-gia, nello specifico nel settore della micro-cogenerazione e della generazione distribuita. È stato messo a punto un nuovo processo di sintesi per celle sola-ri a film sottile ad alta efficien-za di conversione trasferendo il materiale (CIGS) direttamente sul substrato, in un unico pas-saggio e senza produzione di rifiuti tossici.Questo processo si presta al-la produzione industriale low cost, anche su materiali plastici flessibili, di sistemi fotovoltaici più economici ed efficienti di quelli attualmente presenti sul mercato, e adatti all’integra-zione con le strutture edilizie.

“Attività di ricerca avanzata e innovativa”, precisa Iannotta, “riguardano i materiali ma-gnetocalorici che promettono di rendere disponibili sistemi frigoriferi ecocompatibili in grado di funzionare con con-sumi elettrici molto minori di quelli attualmente impiegati per il raffrescamento e il condi-zionamento estivo”. Infine, con risultati di rilievo internazionale si sviluppano e progettano i principali com-ponenti di generatori termofo-

tovoltaici. “Tali sistemi”, dice Iannotta, “consentiranno di convertire le attuali caldaie casalinghe in generatori eco-nomici ed efficienti di energia elettrica e termica per soddi-sfare al meglio le esigenze delle abitazioni civili”.

Le maggiori esigenze di con-trollo (degli ambienti do-

mestici e di lavoro da un lato, e dei prodotti e dei processi di produzione dall’altro) trovano risposte nelle reti sempre più raffinate e intelligenti e nei sensori miniaturizzati integra-ti ed economici.Imem è impegnata anche in questo campo e affronta tali temi sviluppando nuove ge-nerazioni di sensori avanzati costituiti da materiali con pro-prietà multifunzionali, realiz-

zati con tecnologie e architet-ture innovative. Per esempio sensori di gas a elevatissima sensibilità basa-ti su nano-materiali (come i nano-fili di ossidi metallici mostrati nella foto), per la rivelazione di inquinanti am-bientali, gas pericolosi negli ambienti di lavoro o per il monitoraggio di sostanze li-berate nei processi industriali. Oppure sensori di movimento o di nano-particolato basati su nano-strutture di carburo di

silicio. Mediante nuove leghe metalliche magnetiche vengo-no invece realizzati sensori di corrente per le automobili del futuro. O, ancora, si sviluppa-no rivelatori di raggi X per ot-tenere radiografie a colori ad alta risoluzione da impiegare in medicina e per la sicurezza. Infine, non manca lo sviluppo di sensori direttamente su sup-porti di uso quotidiano, come tessuti o plastiche con l’idea di processi integrabili nel mani-fatturiero anche tradizionale.

Di crescente rilievo è la messa a punto dei nanosistemi e dispositivi per il rilascio

controllato di farmaci per la terapia di ma-lattie, tra cui i tumori. E, di nuovo in questo caso, l’apporto di Imem è sostanziale. Iannot-ta dice in proposito “Nanofili a base di car-buro di silicio funzionalizzati con molecole organiche e nanoparticelle magnetiche sono studiati per la terapia fotodinamica attivata da raggi X per colpire le cellule tumorali at-traverso la produzione di ossigeno libero pro-dotto dal nanosistema altrimenti idealmente biocompatibile quando irraggiate”. Iannotta aggiunge che “la multifunzionalità dei nano-sistemi potrà permettere il loro monitoraggio con risonanza magnetica ed eventualmente l’attivazione della terapia ipertermica”. Ancora, Transistor elettrochimici e nano-sistemi multifunzionali vengono sviluppati sulla frontiera della bioelettronica in cui lo scambio dei segnali con i sistemi naturali è visto come la nuova prospettiva per la pro-stetica del futuro, in cui i dispositivi sensori-stici, tattili e altri, magari dotati di capacità adattative, potranno interfacciarsi diretta-mente con il sistema nervoso e quindi esse-

re controllati dal cervello. “Imem - conclude Iannotta - ha già dimostrato la capacità di produrre sinapsi artificiali utilizzando di-spositivi memristivi, capaci cioè di combina-re logica e memoria nello stesso materiale, e dunque elementi costitutivi di un’elettronica innovativa autoadattativa”. Il tutto a conferma di quella che in Italia continua a distinguersi come una punta d’ec-cellenza nel campo della ricerca e dell’inno-vazione.

Imem studia materiali innovativi - inorganici, organici e ibridi - di impatto su settori di interesse tecnologico strategico svilup-

pando la progettazione, sintesi e studio di nuovi composti inge-gnerizzati in termini di funzionalità e multifunzionalità, fino alla realizzazione di dimostratori, prototipi e dispositivi. Gli ambiti di maggior interesse sono elettronica, magnetismo e nanoscienze, orientati a efficienza energetica, energie rinnovabili e cogenera-zione, auto elettriche, magneti privi di materiali rari, registrazio-ne magnetica, sensoristica, domotica, fotonica, bioelettronica e biomedicale.“I metodi di crescita controllati chimicamente e fisicamente, spes-so sviluppati dai nostri ricercatori - ci tiene a sottolineare il diret-tore Iannotta -, operano in condizioni di vuoto e alta pressione, da fase vapore, liquida o stato solido per ottenere cristalli, strati sot-tili, nanostrutture e nanosistemi, semiconduttori composti, ossidi metallici, materiali multiferroici, perovskiti ibride, leghe e ossidi magnetici, leghe di Heusler ferromagnetiche, nonché materiali molecolari, a base carbonio, ibridi e con proprietà memristive ca-paci di emulare i sistemi adattativi naturali”. In più, l’Istituto stu-dia e analizza le proprietà chimico/fisiche, strutturali, elettriche, ottiche e magnetiche fino alla scala atomica per ingegnerizzare nuovi materiali e ottenere le proprietà multifunzionali costruite su misura che aprono nuove prospettive tecnologiche.

■■■ IMEM / L’Istituto Materiali per Elettronica e Magnetismo del Cnr è all’avanguardia nella ricerca

Tutto su inorganico, organico e ibridoSemiconduttori, magnetici e superconduttori per industria, medicina e tutto il resto

Sede dell’Istituto Imem a Parma. La foto è stata scattata in occasione del recente convegno (20-22 giugno 2012) “Workshop on Surfaces, interfaces and functionalization processes in organic compounds and applications”

Nanostruttura di ossido di zinco nella

caratteristica forma a

tetrapode vista al microscopio elettronico. Lo zoom mostra

la disposizione degli atomi

nel materiale. La colorazione

corrisponde alla emissione

di luce sotto stimolazione di

elettroni

Macchina di crescita di celle solari a film sottile mediante

tecnica Pulsed Electron Deposition (Ped) brevettata

Imem. Visibile il plasma generato da elettroni, cuore del processo di deposizione

Sensore di gas realizzato con nanofili di ossidi metallici (visibili nell’immagine ingrandita)

“Quindi”, sottolinea Iannot-ta, “si realizzano processi di fabbricazione e dispositivi prototipali anche all’interno di progetti di ricerca indu-striale”. Di rilievo sono le prestazio-ni: dei rivelatori di radiazio-ne X per applicazioni in am-

bito sicurezza, biomedicale e spazio, nonché delle celle e sistemi fotovoltaici a film sottile, dei sistemi di sensori nanometrici e dei disposi-tivi ibridi per l’analisi am-bientale, la sicurezza agro-alimentare, la biomedica e farmaceutica.