Caratterizzazione strutturale e microscopica di compositi polimerici nanostrtturati e loro simulazione

Progetto: Research project

Dettagli progetto

Description

Nelle ultime decadi si è assistito ad una notevole attività nel campo della scienza dei materiali rivolta alla sintesi e caratterizzazione di compositi a base metallica,polimerica e ceramica, le cui proprietà sono migliori e/o diverse nel tempo e nell'entità rispetto a quelle dei singoli componenti.Lo sviluppo delle nanotecnologie ha fornito interessanti prospettive alla possibilità di migliorare le prestazioni dei compositi semplicemente introducendo comecariche nanoparticelle al posto di microparticelle. Contemporaneamente, lo sviluppo delle potenzialità di tecniche di indagine a livello nanometrico ne ha permessol'applicazione finalizzata alla comprensione delle proprietà e della struttura di tali materiali.Il programma dell'UdR UNIPA si pone come obiettivo la caratterizzazione morfologica e strutturale dei filler (grafeni, argille/nanotubi) e dei compositi polimericifinalizzata anche all'individuazione della correlazione tra la struttura e le proprietà e con particolare attenzione alle proprietà elettriche. Saranno utilizzate tecnichedi caratterizzazione usuali come la diffrattometria a raggi X (WAXS), porosimetria a gas, spettroscopia Raman, Dynamic Light Scattering (DLS, per filler dispersi inliquidi) e tecniche finora meno utilizzate in questo settore come la Microscopia Elettronica a Trasmissione ad Alta Risoluzione (HR-TEM), la Risonanza MagneticaNucleare (NMR) allo stato solido e lo Scattering di Raggi X a Basso Angolo (SAXS).Tali tecniche permetteranno di descrivere il sistema su scala micro- e nanoscopica, di determinare il grado di polidispersione del filler all'interno del materialecomposito e di verificare se, dopo il processo di polimerizzazione, la matrice sia rimasta invariata o abbia subito modifiche in seguito alle interazioni con il filler.Inoltre, lo studio della morfologia delle nanostrutture presenti nella matrice consentirà di costruire una gerarchia di fasi e strutture in cui i domini separati possonoavere differenti funzionalità.Si intendono effettuare simulazioni Monte Carlo nell'insieme statistico gran-canonico (GCMC) per contribuire alla comprensione dei fattori microscopici cheregolano fenomeni di organizzazione e separazione di fase di polimeri modello anche in prossimità di superfici opportunamente funzionalizzate.Il modello reticolare che verrà utilizzato è stato ampiamente collaudato in precedenti studi di soluzioni modello di polimeri e tensioattivi e si è dimostratoparticolarmente efficace nel prevedere proprietà termodinamiche e strutturali.

Layman's description

L'UdR UNIPA ha, come ruolo principale, la responsabilità della caratterizzazione strutturale e microscopica dei grafeni, dei nanotubi di carbonio, dei nanoclay e deiloro compositi polimerici ottenuti dall'UdR SA_DICA.I compositi a base di resine epossidiche per applicazioni automotive ed aeronautiche, oggetto del presente progetto, saranno caratterizzati morfologicamente estrutturalmente al fine di indagare il ruolo che alcuni parametri sperimentali svolgono nelle loro preparativa. Infatti, parametri come la concentrazione deinanofiller, il tempo, la metodologia di mescolamento e la temperatura giocano un ruolo determinante nelle proprietà finali del composito.L'UdR UNIPA si occuperà anche della purificazione e della funzionalizzazione dei nanotubi di carbonio. La simulazione mediante metodo Monte Carlo dei sisteminano compositi sarà un utile strumento per contribuire alla comprensione del sistema.Una volta individuate le caratteristiche strutturali e morfologiche dei compositi, esse saranno messe in relazione al protocollo di preparazione utilizzato e alleproprietà macroscopiche, con particolare riguardo a quelle elettriche.Nei dettagli il programma dell'UdR UNIPA si articola all'interno dei singoli workpackages e con la tempistica di seguito descritta.WP2 Produzione di nanofiller. (T0+6, T0+20)T.2.2. Tecniche di preparazioneLo sviluppo della chimica dei nanotubi di carbonio è stato rallentato dalla loro bassissima solubilità nei comuni solventi e dalla loro scarsa reattività. Perapplicazioni concrete è necessario sviluppare metodiche di manipolazione semplici ed efficaci [2]. Allo stato attuale, le diverse metodologie possono essere divise intre categorie: sospensione in acqua di nanotubi originali [3,4], inserimento in matrici polimeriche [5,6] e funzionalizzazione ionica o covalente [2,7-10].Quest'ultima tecnica di solubilizzazione è condotta mediante due differenti approcci: la funzionalizzazione alle estremità e quella alle pareti [11,12]. Mentre lafunzionalizzazione dei nanotubi a parete singola (SWNT) è stata abbastanza studiata, quella dei nanotubi a parete multipla (MWNT) è ancora da approfondire.L'UdR UNIPA collaborerà con l'UdR SA_DICA per affrontare queste problematiche.WP3 Messa a punto dei compositi. (T0+6, T0+20)T.3.1. Definizione delle specifiche funzionaliIn collaborazione con le altre UdR, l'UdR UNIPA contribuirà alla definizione delle specifiche funzionali dei nanocompisiti che verranno preparati.T.3.2. Tecniche di preparazioneLa preparazione dei nanocompositi a matrice polimerica sarà effettuata per via radicalica a partire dal monomero. Il primo stadio della preparazione riguarderàl'intima miscelazione fra nanofiller e monomero allo scopo di ottenere una dispersione omogenea. Sarà utilizzata sia l'agitazione meccanica che la sonicazione e, sesi ritiene opportuno, un additivo in grado di aumentarne la compatibilità. Il secondo stadio riguarderà la reazione di polimerizzazione che sarà iniziata aggiungendoalla dispersione un iniziatore radiacalico ed irradiando con luce ultravioletta mantenendo costante l'agitazione. La reazione sarà considerata ultimata quando tutto ilmonomero liquido sarà trasformato in polimero solido.T.3.3. Ottimizzazione dei parametriCome feedback delle caratterizzazione microscopica, l'UdR UNIPA parteciperà alla definizione dei parametri ottimali per la preparazione dei compositi.WP4 Caratterizzazione su scala micro e nano. (T0+7, T0+20)T.4.2. Indagini morfologiche e strutturaliLa caratterizzazione strutturale sarà effettuata mediante tecniche come la diffrattometria a raggi X (WAXS), porosim
StatoFinito
Data di inizio/fine effettiva3/22/103/21/12