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Scienza e Ingegneria di Materiali e Superfici – SEMS

Il gruppo di ricerca si interessa sia dello studio teorico e sperimentale che dello sviluppo di materiali polimerici e nanostrutturati finalizzati alla produzione sostenibile di energia, al risanamento ambientale, ad applicazioni strutturali e funzionali avanzate. Tale attività si integra, a monte, con strumenti di modellazione e simulazione su scale che vanno da quella molecolare a quella macroscopica ed a valle con la messa a punto di tecnologie di processo innovative e di caratterizzazione e funzionalizzazione superficiale.

Unità

  • Materiali per l’energia
  • Materiali polimerici funzionali e sostenibili
  • Trasporto di massa, termodinamica e processi di trasformazione avanzati di materiali a matrice polimerica
  • Modellazione molecolare multiscala e termodinamica dei materiali
  • Ingegneria delle superfici
sems-02

MATERIALI PER
L’ENERGIA

Le attività dell’unità dei materiali per l’energia sono focalizzate sullo sviluppo di film sottili di perovskite ibrida metallo-organica basata su stagno al fine di sostituire il più comune e fortemente tossico piombo, considerato al momento lo standard per questa classe di materiali. Gli argomenti di ricerca spaziano dalla sintesi e caratterizzazione optoelettronica di film di perovskite ASnX 3, allo sviluppo di strategie di funzionalizzazione e passivazione fino alla produzione di dispositivi completi ad alta efficienza e stabilità.

sems-03

MATERIALI POLIMERICI
FUNZIONALI E SOSTENIBILI

Grazie ad una equilibrata combinazione di competenze chimiche e ingegneristiche, l’unità PolyFun raccoglie le moderne sfide scientifiche nel campo dei materiali polimerici progettando e sviluppando polimeri e compositi più “intelligenti” e sostenibili. Le attività di ricerca riguardano principalmente materiali rinnovabili e/o sostenibili, rivestimenti funzionali ed il risanamento ambientale, e sono sempre accompagnate dalla valutazione quantitativa degli impatti ambientali di materiali e processi basata su analisi LCA.

sems-04

TRASPORTO DI MASSA, TERMODINAMICA E PROCESSI DI TRASFORMAZIONE AVANZATI DI MATERIALI A MATRICE POLIMERICA

Le attività di ricerca dell’unità sono focalizzate sugli aspetti teorici, sperimentali e tecnologici relativi al trasporto ed alla termodinamica di assorbimento di sostanze a basso peso molecolare in polimeri ed alle tecnologie di processo correlate, con specifico riferimento ai processi di schiumatura di polimeri termoplastici e termoindurenti e loro nanocompositi. Tecniche utilizzate: MicroRaman, TERS, FTIR in situ, Misure di permeabilità e assorbimento, tensione interfacciale, schiumatura in batch con tecnica del gas foaming.

sems-05

MODELLAZIONE MOLECOLARE MULTISCALA E TERMODINAMICA DEI MATERIALI

Siamo curiosi di comprendere il comportamento dei materiali sulla base della loro struttura chimica (microscopica) del suo effetto su fenomeni che avvengono su scale più elevate. Per questa ragione sviluppiamo ed applichiamo metodi di simulazione e teorie volte allo studio di materiali polimerici, nanomateriali e più in generale della “soft matter”.

sems-06

INGEGNERIA DELLE SUPERFICI

L’unità si occupa della caratterizzazione superficiale e microstrutturale dei materiali nonché della loro modifica superficiale con enfasi allo studio dei fenomeni di degrado. In particolare:
• Caratterizzazione elettrochimica e valutazione del comportamento corrosione dei metalli e dei rivestimenti organici ed inoganici
• Elettrolucidatura green
• Zincatura a caldo
• Corrosione delle armature in acciaio nel calcestruzzo
• Trattamenti chimici e finiture superficiali a basso impatto ambientale
• Modifica e funzionalizzazione di film polimerici
• Trattamento al plasma freddo dei materiali

Laboratori presenti:

Laboratorio di materiali per l’energia
GLOVE BOX: MBraun a 8 guanti per lavorazione in atmosfera controllata (O 2 <0.1ppm; H 2 O < 0.1ppm)
PLASMA CLEANER: integrato in glovebox, Diener Pico – Tipo generatore: X13,56 Mhz 0-300 W auto matching
EVAPORATORE: integrato in glovebox, multi-uso per evaporazione film sottile da fase solida
SPIN COATER: integrato in glovebox, per preparazione film sottili da fase liquida
PIASTRE TERMICHE: Harry Gestigkeit GMBH modello PZ14EB ad alta precisione
BAGNETTO SONICATORE: Branson CPXH da 2.8L
BILANCIA ANALITICA: Kern ABT 120-5DM
TERMO-AGITATORE: thermo-shaker TS-100C con raffreddamento, 250-1400 RPM/4-100 °C
PURIFICATORE ACQUA: Sistema produzione acqua ultrapura DIRECT-Q3 (ZRQSVP3IT) MILLIPORE
OPTOELETTRONICA: Arkeo (Cicci Research) sistema multimodale per caratterizzazione optoelettronica dei materiali e di dispositivi fotovoltaici

Laboratorio di polimeri funzionali e sostenibili
I laboratori del PolyFun sono attrezzati per la sintesi, il processing e la caratterizzazione completa di materiali a base polimerica. I laboratori sono suddivisi in tre aree principali:
• Sintesi (cappe aspiranti, evaporatore rotante, liofilizzatore, sonicatore a punta, agitatore, ultraturrax, stufe da vuoto)
• Processo (pressa idraulica, estrusori mono- e bivite, miscelatore batch, apparato per filmatura in bolla, microcompounder, sistema per realizzazione di fibre)
• Caratterizzazione (reometri rotazionali e a capillare e melt flow indexer, TGA e DSC, dinamometro universale attrezzato per misure in temperatura, pendolo di Charpy, DMA, spettrofotometri UV-Vis e microscopi ottici).

Laboratorio Proprietà di trasporto di massa
– Permeabilimetri per gas, vapori e miscele di gas e vapori
– Dilatometria di polimeri ad alta pressione
– Ultramicrobilance per misure di assorbimento ad atmosfera controllata di gas e vapori
– Misura di tensione superficiale di fusi polimerici e delle loro miscele con gas

Laboratorio di spettroscopia vibrazionale
– Spettroscopia FTIR in trasmissione in-situ
– Microscopia FTIR
– Microscopia confocale Raman
– Tip Enhanced Raman Spectroscopy (TERS)

Laboratorio foamlab
– Reattori batch da 10-3 e 10-1 per lo studio dei processi di espansione di polimeri termoplastici
– Reattori batch da 101 L per lo sviluppo di prodotti termoplastici monomaterici a gradiente di densità (Design for Reciclability)
– Reattore batch con sonda remota NIR per lo studio di processi di espansione di sistemi reattivi
– Pompe volumetriche ISCO
– Sistema ottico per la misura di proprietà termiche dei polimeri in pressione
– Reattore Matricial foaming per lo studio dei processi di espansione in ottica High-throughput
– Reattore Remote foaming per lo studio in remoto dei processi di espansione
– DMA Metravib 1000+

Laboratorio di ingegneria delle superfici
Microscopio SEM con sonda EDS e BSE;
• Macroscopio;
• Microscopi ottici;
• Stereo microscopio;
• Potenziostati/galvanostati;
• Analizzatori di risposta in frequenza (FRA);
• Celle elettrochimiche;
• Forno (Tmax=400°C);
• Stufa (Tmax=250°C);
• DSC;
• Lappatrice automatica;
• Bagno a ultrasuoni;
• Misuratore di angolo di contatto;
• Spessimetri per rivestimenti e materiali;
• Scratch tester;
• Picoamperometro;
• Micro-Ohmmetro per misure di resistenza di superficie;
• Celle per misura di resitenza di bulk e di superficie;
• Bilancia analitica;
• Applicatore di film organici

Pubblicazioni più rilevanti:

Principali progetti di ricerca finanziati:

  • Lead-free halide perovskites for the highest efficient solar energy conversion “FREENERGY”, European Research Council
  • ENEA, Ministero dello sviluppo economico
  • Perovskite Semiconductors for Photonics, PERSEPHONe, Proposal N° 956270, European Research Council, MSCA-ITN-2020
  • Lead-free halide perovskites for the highest efficient solar energy conversion, FREENERGY, Proposal N° 804519European Research Council, ERC-2018-STG
  • Solar photovoltaic based on nanostructured perovskites for smart glazing building integration, BRING THE LIGHT, ID: 0000694.26-09-2017, Rita Levi Montalcini program – The Ministry of Education, University and Research in Italy
  • Active materials and interfaces for stable perovskite solar cells, ID: VH-NG-1223, Helmholtz Young Investigators Groups – Helmholtz Association
  • “CLEAN – Valorizing sustainable plastics through a CLEver use of nANoparticles”; anni: 2019-2023; tipologia: Progetti di Rilevante Interesse Nazionale (PRIN); ente finanziatore: Ministero dell’Università e della Ricerca (MIUR)
  • “GREENER – Towards multifunctional, efficient, stable and environmental-friendly bio-based nanocomposites of technological interest through immobilization of functionalized nanoparticles and stabilizing molecules”; anni: 2013-2016; tipologia: FIRB – Futuro in Ricerca; ente finanziatore: MIUR
  • “Ottimizzazione degli imballaggi in banda stagnata per alimenti, orientata alla riduzione del peso (F/200021/00/X45)”; anni: 2020-2023; tipologia: progetti R&S MISE; ente finanziatore: Ministero dello Sviluppo Economico (MISE)
  • “Formulazione di nuovi compound di PVC-FREE per la realizzazione di mastici per capsule metalliche a migrazione ridotta o nulla di plastificanti (F/200127/00/X45)”; anni: 2020-2023; tipologia: progetti R&S MISE; ente finanziatore: Ministero dello Sviluppo Economico (MISE)
  • “La ricchezza negli scarti del packaging (F/0039/00/X26)”; anni: 2015-2018; tipologia: progetti R&S MISE; ente finanziatore: Ministero dello Sviluppo Economico (MISE).
  • PROSIT – Progettare in Sostenibilità: qualificazione e digitalizzazione; POR Campania FESR 2014-2020
  • STREAM – Strutture intelligenti e funzionalizzate per il miglioramento delle prestazioni aerostrutturali; PON 2014-2020
  • MATEMI – Materiali e tecnologie di processo ad alta efficienza per microfusioni innovative; PON 2007-2013
  •  foAIming (bando FRA 2021, Università degli Studi di Napoli Federico II)
  •  Molecular Organization of Thin Films via Computer Simulations 2017-2020 PRIN
  • “Miglioramento di processo di Manufatti in PET delle loro proprietà meccaniche e barriera” 2018-2020, Acqua Lete
  • MASTRO (Intelligent bulk MAterials for Smart TRanspOrt industries). H2020-NMBP–2016-2017, https://www.mastro-h2020.eu/
  • EDA AD HOC Category B R&T PROJECT “ADDITIVE MANUFACTURING OF METALLIC AUXETIC STRUCTURES AND MATERIALS FOR LIGHTWEIGHT ARMOUR (AMALIA)” (Contract B-PRJ-RT-797 GEM1), 2022
  • Programma per il finanziamento della ricerca di Ateneo (FRA), UNINA. Bando anno 2020. Progetto ROTOR, Ruolo delle cOndizioni ambientali sulla moTilita batterica e sulla fORmazione di biofilm
  • Progetto ADAMO, analisi delle superfici e loro modifica dei manufatti ottenuti per EBM per la produzione di impianti dentali.
  • Contratto di Sviluppo (DR 24 settembre 2010. Progetto SIRENA (Sviluppo ed Industrializzazione di sistemi a Radiofrequenza e finestre elettromagnetiche),
  • FAR art. 11 D.M. 8/8/00 n. 593. Progetto: Innovativi trattamenti superficiali del titanio per uso odontoiatrico.
  • PON03_PE00135 CAPRI, Carrello per Atterraggio con Attuazione Intelligente. PON03_PE00129 STEP FAR, Sviluppo di materiali e Tecnologie Ecocompatibili, di Processi di Foratura, taglio e di Assemblaggio Robotizzato.
  • PROGRAMMA FARO (Finanziamento per l’Avvio di Ricerche Originali). Pompei accessibile: linee guida per una fruizione ampliata del sito archeologico..
  • PON01_01269 ELIOS, sviluppo delle tecnologie per la riduzione dei tempi e dei costi di fabbricazione dei componenti strutturali in titanio
  • PON01_00538 TITAFORM, sviluppo delle tecnologie di formatura di precisione a caldo in campo beta per la fabbricazione dei componenti strutturali in lega di titanio.

Partnership:

Parole chiave:

  1. ENEA
  2. CicciReserach s.r.l.
  3. Pirelli Tyre S.p.A.
  4. Tecnocap S.p.A.
  5. LyondellBasell Industries
  6. Irplast S.p.A.
  7. Scatolificio Salernitano S.p.A.
  8. Smatimenti sud
  9. Bridgestone
  10.  Europea Microfusioni Aerospaziali
  11. Sulzer
  1. Procter&Gamble
  2. ADIDAS
  3. DOW
  4. BASF
  5. Materias
  6. Trek bicycles
  7. Leonardo Company S.p.A.
  8. MBDA
  9. Laminazione Sottile S.p.A.,
  10. Italcoat S.r.l.,
  11. Contital S.r.l.,
  12. IPS Industrial Packaging Solution S.r.l.
  1. E-coils srl
  2. Pracal Srl
  3. Aerosoft
  4. CIRA
  5. Diener
  6. OMPM
  7. SERI Industrial
  8. Rendelin

Energy materials
Photovoltaic
Multiscale Simulations
Coarse-graining
Sorption Thermodynamics
Mass Transport
Foaming
Sustainable polymers
Plastic recycling
Life cycle assessment
Drug carrier
Supercritical fluids

Docenti e ricercatori:

Antonio Abate

Annalisa Acquesta

Veronica Ambrogi

Ernesto Di Maio

Giovanni Filippone

Giuseppe Mensitieri

Giuseppe Milano

Tullio Monetta

Martina Salzano De Luna

Giuseppe Scherillo

Paolo Trucillo

Assegnisti di Ricerca e Dottorandi:

  1. Aktas Ece – PhD student
  2. Amoroso Davide – PhD student
  3. Baldanza Antonio – post-doc
  4. Brondi Cosimo – post-doc
  5. Di Lorenzo Emilia – PhD student
  6. Errichiello Fabrizio – post-doc
  7. Faggio Noemi – PhD student
  8. Iaccarino Paolo – PhD student
  9. Loianno Valerio – post-doc
  10. Longo Alessandra – post-doc
  11. Marotta Angela – post-doc
  12. Miele Lorenzo – PhD student
  13. Nasti Giuseppe – post-doc
  14. Vitiello Libera – PhD student

Altri componenti:

Carandente Giuseppe – Tecnico
Esposito Rosario – Tecnico Laureato

Altri componenti non afferenti all'Ateneo:

Iannace Salvatore – CNR
Musto Pellegrino – CNR
Park Chul B. – University of Toronto
Cerruti Pierfrancesco – IPCB-CNR Napoli
Carroccio Sabrina – IPCB-CNR, Catania
Mija Alice – Université Côte d’Azur, Nice, France
Giamberini Marta – Universitat Rovira i Virgili, Tarragona, Spain
De Nicola Antonio – Scuola Superiore Meridionale

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