Nanostrutture e fluidi complessi impieganti nanomateriali, X-ray e Light Scattering
Nanomateriali 1D di tipo organico (carbon nanotubes) e inorganico (Zn e bismuth nanotubes) sono sintetizzati nel laboratorio di Aerosol e Nanostrutture dal 2003.
Vengono impiegati per la sintesi set-up progettati e costruiti nel laboratorio consistenti in reattori in flusso che implementano sintesi di tipo Chemical Vapour Deposition, per le nanostrutture 1D, ed Evaporazione / Nucleazione in flusso di gas inerte, per le nanoparticelle aerosol.
I metodi di caratterizzazione sono SEM, TEM, XRD, SAXS, NEXAFS, XPS, ADB, DRIFTS.
Nanotubi di Zinco (TEM) Nanofili di Bismuto (SEM)
Nello stesso laboratorio è stata svolta nel 2005 attività di consulenza per FERRARI S.p.A. sul tema “Nanofluidi” in merito a liquidi refrigeranti ad alte prestazioni per motori da competizione.
È stata messo a punto negli anni un set-up per la misurazione della conducibilità termica e della diffusività termica di oli lubrificanti e di sospensioni bifase liquido-solido a matrice liquida con inclusioni solide a scala nanometrica.
Esempio di determinazione della conducibilità termica con il set-up disponibile presso il laboratorio Aerosol e Nanostrutture
Un’altra attività dello stesso gruppo Aerosol e Nanostrutture riguarda la simulazione di modelli Monte Carlo di Trasporto Fononico, utili a ricavare i campi di temperatura in transitorio nelle nanostrutture.
a sinistra) andamento in transitorio della temperatura in una struttura a parallelepipedo di sezione 20 x 20 nm e lunghezza 400 nm;
a destra) una struttura 1D di zinco sintetizzata negli esperimenti.
L’attività sperimentale di applicazione di tecniche di radiazione X di sincrotrone è svolta presso le facility ESRF (Grenoble), SOLEIL (Parigi), ELETTRA (Trieste).
I temi di ciascun esperimento riguardano: studio di processi di combustione, applicazione di agenti chimici soppressori di soot in fiamma, plasma e ark discharge, fotoemissione e assorbimento di nanomateriali e nanoparticelle.
Le tecniche ad oggi implementate dal gruppo Aerosol e Nanostrutture insieme ai partner di CNRS UMR 6251 (Rennes), di CEA (Paris) e dell’Università di Tel Aviv sono state:
- Scattering di Piccolo Angolo a Raggi X (SAXS) a ESRF;
- Assorbimento vicino alla soglia di struttura fine a raggi X (NEXAFS) a SOLEIL;
- X ray Absorption Spectroscopy (XAS) a SOLEIL;
- Scattering di Piccolo Angolo a Neuroni (SANS) presso Appleton Laboratory ISIS Oxford
Set-up realizzato a ESRF beamline ID02
Elaborazione di misure SAXS in fiamma
Misure NEXAFS su materiali carboniosi
Le attività del laboratorio Aerosol e Nanostructures trovano naturale interesse tecnologico e industriale nel controllo della manifattura di nanomateriali, oli e refrigeranti ad alte prestazioni, strutture polimeriche e impasti di gomme contenenti nanoinclusioni a stato solido, vernici protettive e coating anti-wear, strutture e dispositivi per l’accumulo del calore.
COLLABORAZIONI:
- Institute of Chemical Kinetics and Combustion-Russian Academy of Science (Novosibirsk)
- Institute of Physics – CNRS UMR 6251 Université de Rennes I (Rennes)
- Combustion Physics Division, University of Lund (Lund)
- Beijing Institute of Technology (BIT), Institute of Materials Science and Engineering