Film molecolari ultrasottili per biosensori e celle fotovoltaiche

Progetto: Research project

Dettagli progetto

Description

Gli studi riguarderanno la determinazione della nanostruttura e delle proprietà ottiche ed elettriche di diversi sistemi molecolari sotto forma di film ultrasottili supportati da solidi per applicazioni in campo biomedico e fotovoltaico. In particolare, per quanto riguarda il settore biomedico, si prevede di utilizzare tecnologie innovative di preparazione quali la inkjet printing per la realizzazione di patterns in monostrato di proteine funzionali, come la glucosio ossidasi (GOX), per la diagnostica di patologie come il diabete. Tali sistemi verranno preparati su substrati a base di silicio nonchè plastici. In campo fotovoltaico si prevede di realizzare etero-giunzioni bulk costituite da sistemi quali politiofeni coniugati, borameri ecc.. per la realizzazione di celle fotovoltaiche organiche supportate da substrati plastici. Verranno in particolare preparate e caratterizzate delle etrogiunzioni bulk sotto forma di film di spessore inferire ai 100 nm su substrati di polietilentereftalato (PET) ricoperti da un film sottile di Indium Thin Oxide (ITO), che funge da collettore di lacune nella cella fotovoltaica. Questi substrati hanno mostrato caratteristiche di trasparenza alla luce ottimali, oltre ad avere buone proprietà meccaniche che garantiscono la realizzazione di dispositivi portatili e flessibili.

Layman's description

Obiettivi Questo progetto di ricerca riguarda la realizzazione di film molecolari costituiti o da coppie di sistemi organici coniugati per applicazioni nel fotovoltaico o da sistemi proteici per la realizzazione di biosensori. Un primo obiettivo è quello di realizzare i film organici sotto forma di eterogiunzioni bulk per la realizzazione di celle fotovoltaiche su plastica ad elevato rapporto efficienza/costo. Per fare ciò bisognerà studiare: a) i processi di auto-organizzazione di coppie di semiconduttori organici (un eletron-accettore e un elettron-donore) in film sottili su substrati plastici; b) la correlazione della struttura nanoscopica dei film molecolari di cui al punto (a) con le proprietà di assorbimento ottico, trasferimento elettronico e trasporto di carica. In particolare, al fine di garantire la separazione eccitonica, che precede il processo di trasporto di carica, é necessario ottenere film di spessore inferiore ai 100 nm caratterizzati da una struttura costituita da due fasi separate e continue di dimensioni laterali 10-20 nm. Fra i sistemi coniugati verranno principalmente utilizzati sistemi di poli-tiofeni, borameri e poliossametalati. La struttura nanoscopica dei film molecolari sarà studiata principalmente mediante le microscopie a scansione di sonda al variare di diversi parametri sperimentali quali temperatura, pressione, velocità di trasferimento, temperatura di annealing, natura chimica del substrato ecc... Le strutture ottenute verranno interpretate attraverso teorie di termodinamica d’equilibrio e fuori dall’equilibrio. La realizzazione di film ad elevata efficienza di conversione energetica permetterebbe di abbattere notevolmente il rapporto efficienza/costo rispetto alle tradizionali celle fotovoltaiche a base di silicio. La realizzazione di questi dispositivi su substrati plastici permetterebbe un loro impiego in settori innovativi che richiedono l'uso di celle fotovoltaiche flessibili e portatili. Un secondo obiettivo del progetto di ricerca riguarda la realizzazione di patterns di sistemi proteici, quali la glucosio ossidasi, attraverso processi innovativi di deposizione che sfruttano tecniche di stampaggio con strumenti a getto d’inchiostro (inkjet printing). Si vogliono in particolare realizzare patterns di film molecolari di spessore nanoscopico in cui la funzione/attività che la proteina ha in soluzione venga ritenuta in stato solido. Si utilizzeranno sia substrati a base di silicio sia substrati plastici al fine di integrare queste tecnologie di deposizione con materiali tradizionalmentye utilizzati in microelettronica nonchè materiali per la realizzazione di dispositivi più innovativi carratterizzati dall'essere portatili e flessibili. Alcuni degli studi di cui sopra verranno effettuati in collaborazione con istituzioni nazionali e straniere. Metodologie - Trasferimento dei sistemi molecolari su substrati solidi Il processo di trasferimento del sistema molecolare sul substrato solido può determinare la struttura, la morfologia, gli stati di aggregazione, così come l’uniformità di spessore del film. I sistemi molecolari che verranno utilizzati sono tutti solubili in solventi organici volatili e di conseguenza potranno essere trasferiti sui substrati solidi o mediante tecniche di auto-assemblaggio da fase liquida (“spin coating”, “casting”), o mediante tecniche di assemblaggio strato dopo strato, come quelle Langmuir-Blodgett (LB) e Langmuir-Shäfer (LS). Queste ultime tecniche permettono di ottenere film molecolari di spessore controllato e offrono la possibilità di produrre in modo semplice strutture a multistrati. Al fine di ottenere film sottili sotto forma di etero-giunzioni bulk con separazione di fase di 10-20 nm verranno effettuati processi di annealing termico. I film molecolari di sistemi biologici verranno realizzati attraverso tecniche di stampaggio a getto d’inchiostro in cui il fluido bio
StatoAttivo
Data di inizio/fine effettiva1/1/07 → …

Fingerprint

Esplora i temi di ricerca toccati da questo progetto. Queste etichette sono generate sulla base dei riconoscimenti/sovvenzioni sottostanti. Insieme formano una fingerprint unica.