Proprieta' fisiche di materiali nanostrutturati e mesoporosi di biossido di silicio: aspetti di base ed applicativi

Progetto: Research project

Dettagli progetto

Layman's description

Il progetto di ricerca è centrato sulla caratterizzazione morfologica, strutturale e ottica di SiO2 amorfa nanostrutturata di bassa densità (ld-SiO2) prodotta sia per sinterizzazione di particelle nanometriche di SiO2 amorfa (n-SiO2) sia con tecniche industriali. Inoltre, sarà investigato il ruolo svolto dai difetti di punto nel determinare le proprietà di questi nuovi materiali e delle loro modifiche strutturali. La ricerca sarà anche guidata dal confronto con sistemi di SiO2 porosa (p-SiO2), che rappresentano il naturale riferimento per aggregati porosi di n-SiO2, e di silice bulk. I campioni saranno preparati con un metodo di sinterizzazione a secco (dry), a partire da polveri di n-SiO2, che comprenderà stadi di sinterizzazione ad alta pressione ed a varie temperature fino a 1400°C al fine di ottenere vetri con una procedura analoga ad una recentemente utilizzata. La tecnica sol-gel (sintesi wet) sarà anche presa in considerazione per un confronto con vetri di riferimento e sistemi porosi di tipo commerciale. I campioni saranno sintetizzati come polveri, film o monoliti e saranno sottoposti a diversi trattamenti chimici e fisici: irraggiamento laser, irraggiamento ad alta energia, cicli termici, di pressione. Le modifiche indotte sui campioni da ciascuno trattamento, sia per quanto riguarda la loro struttura, le caratteristiche ottiche e i difetti di punto contenuti, saranno studiate per trovare il collegamento delle proprietà del materiale con le strutture difettose a livello della nanoscala o con la presenza di difetti di punto.
Inoltre, è stato riportato che caratteristiche di fotoluminescenza (PL) nel visibile di materiali derivati da n-SiO2 sono fortemente legate alla sinterizzazione. Analogamente, i sistemi di p-SiO2 mostrano dipendenza di alcune caratteristiche di PL dalla porosità cioè con le condizioni sperimentali del procedimento di sintesi. Altri segnali di PL nel visibile o nel vicino UV sono stati attribuiti anche alla presenza di difetti superficiali intrinseci o estrinseci. D'altro canto, le dimensioni nanometriche associate alle strutture di ld-SiO2 hanno suggerito che il confinamento quantico possa svolgere un ruolo importante sia nelle proprietà strutturali sia in quelle ottiche di queste nanostrutture. Sulla base di questi motivi, una conoscenza dettagliata della correlazione tra la morfologia e la struttura dei materiali ld-SiO2 e la presenza di difetti di superficie o di bulk è un obiettivo del progetto importante per la ricerca di base con possibili ricadute anche in applicazioni high-tech. Da questo punto di vista, è anche particolarmente interessante l'introduzione di specifiche molecole all'interno della matrice porosa dei diversi ld-SiO2. La produzione di materiali compositi è una questione rilevante di per sé per la vasta gamma di applicazioni (dalla fotonica al campo medico). L'adsorbimento e/o l’adesione chimica di molecole selezionate sulla superficie di silice può essere sfruttata per investigare la superficie stessa, le sue modifiche dovute a diversi trattamenti fisici e chimici, la presenza di difetti di punto di superficie reattivi e la possibilità di combinare le proprietà ottiche di questi ultimi con quelle della matrice (per esempio il trasferimento di energia). L'eventuale confinamento quantico delle molecole introdotte potrebbe anche fornire informazioni utili sulla struttura della matrice ospitante in funzione delle diverse procedure di sintesi (p-SiO2 o n-SiO2) e svelare proprietà fisiche rilevanti.
n-SiO2 di origine commerciale, noto come fumed silica, con particelle di dimensioni che vanno da 7 fino a 40 nm saranno utilizzate per ottenere gli aggregati o i vetri. La sinterizzazione dry sarà studiata effettuando trattamenti termici e di pressione delle polveri e sulle pasticche derivate fino a 1400°C in atmosfera ambiente e controllata (H2, O2, H2O, ...) e pressioni fino a 300 bar, con l'obiettivo di esplorare i loro effetti sul
StatoAttivo
Data di inizio/fine effettiva1/1/12 → …

Fingerprint

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