RIFERIMENTI
Grafene: Valentina Tozzini (Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.), Stefan Heun (Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.)
Termoelettricità in nanomateriali: Stefano Roddaro (Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.)
Energy harvesting con nanofibre: Luana Persano (Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.)
Nanotribologia: Clelia Righi (Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.)
Fotovoltaico: C.A. Rozzi (Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.)
Sito web dell’Istituto: www.nano.cnr.it
PRINCIPALI ATTIVITA’ NEL SETTORE ENERGIA
- All’istituto NANO il grafene è studiato per i diversi scopi con un approccio multidisciplinare (misto sperimentale teorico). Di particolare interesse è il grafene prodotto su substrato di carburo di silicio (SiC) che ha ottime proprietà strutturali ed elettroniche estese su superfici relativamente grandi (micron o più). Inoltre è localmente ondulato in maniera regolare, fatto interessante per le applicazioni riguardanti l’interazione con l’idrogeno. Infatti i nostri studi mostrano che l’interazione con l’idrogeno può essere manipolata tramite il controllo della curvatura. Questa può localmente regolare la reattività del grafene, e costituire la base per dispositivi di stoccaggio di idrogeno. Lo stesso sistema si può applicare all’interazione con altri gas (ad es. CO2) ed essere usata per dispositivi di selezione e segregazione. Infine è allo studio l’utilizzo della curvatura per la funzionalizzazione del grafene per via chimica (sostituzione con B o N, creazione di difetti e legame chimico con molecole complesse) per creare strutture tridimensionali basate sul grafene con capacità volumentrica controllata. Progetti:
Progetto europeo Graphene Flagship WP Energy.
Accordo di cooperazione scientifica CNR-JSPS
Progetto MISE Italia-Canada
Progetto europeo Marie Curie GRAFLEX
Per gli studi teorici e di simulazione, vengono usate infrastrutture nazionali per High Performance Computing (CINECA, Bologna). Le risorse sono ottenute tramite grant su progetto (chiamate nazionali ed europee).
2015 ISCRA-B grant: Flexoelectricity in naturally corrugated graphene: a DFT study
2013–2014 PRACE grant: Controlling Hydrogen Binding to Corrugated Graphene
2013 ISCRA-C grant: Hydrogen on buckled graphene.
- Studio delle proprietà termoelettriche dei nanomateriali. La studio e l’ottimizzazione dei materiali termoelettrici sono stati un obiettivo elusivo della fisica dei semiconduttori, fino dagli albori dell’elettronica. Ad oggi questo tipo di convertitori a stato solido offrono caratteristiche uniche in termini di affidabilità, scalabilità e resistenza. Tuttavia, la loro bassa efficienza termodinamica li ha finora relegati ad applicazioni di nicchia come quelle in ambito scientifico, militare o spaziale. Lo sviluppo della nanotecnologia sta aprendo nuove strade per ottenere materiali con proprietà nuove e sembra ormai chiaro che renderà possibile una nuova generazione di convertitori a stato solido caratterizzati da una efficienza significativamente più alta. Le attività di CNR-NANO si incentrano sui nanofili di semiconduttore, per i quali è stato dimostrato come sia possibile ridurre la conduttanza termica fino a valori significativamente inferiori a quelli di materiali “bulk”. I nanofili offrono inoltre una buona flessibilità di design delle proprietà elettroniche che potrebbe (l’argomento è al centro di varie iniziative di ricerca a livello internazionale) rendere possibile una massimizzazione del “fattore di potenza” del materiale. Questa prospettiva, insieme alla provata riduzione della conduttanza termica possono portare ad un notevole incremento dell’efficienza termodinamica della conversione termoelettrica. L’attività sulle proprietà termoelettriche di nanomateriali sono finanziate:
Accordo bilaterale CNR-RFNR (Russia) Sorba/Dubroski
Accordo bilaterale CNR-RFNR (Russia) Roddaro/Shashkin
- Una attività specifica riguarda la realizzazione di materiali nanostrutturati, in particolare nanofibre basate su polimeri piezoelettrici, per applicazioni di energy harvesting. Questi sistemi sono estremamente flessibili e versatili, e come tali possono essere impiegati nei settori dei dispositivi indossabili, dell’ambient assisted living e della tecnoedilizia.
ERC Project NANO-JETS (G.A. 306357)
- Progettazione e realizzazione di strategie per l’efficienza energetica dei processi produttivi basate su nanotribologia e tribochemistry e simulazione e comprensione dei fenomeni quantistici alla base della fotoeccitazione e separazione di carica in nano sistemi bioispirati.
Progetto europeo Marie Curie: Optical properties of Hybrid organic/inorganic nanoparticles for photovoltaic applications: toward a predictive computational approach.
INFRASTRUTTURE E STRUMENTAZIONE
Sistema per la sintesi con la tecnica epitassiale in fase vapore di nanofili di semiconduttore e facility di nanofabbricazione.
Laboratorio di trasporto fino a temperature criogeniche (10mK) ed in presenza di campi magnetici fino a 12 Tesla.
Due microscopi a STM, uno per temperature variabile (100K – 1000 K) ed uno a bassa temperatura (4 K). Tutte e due sono operati in ultra-alto vuoto e dotate di camere di preparazione con manipulatore riscaldabile e raffreddabile. Per la caratterizzazione del grafene il laboratorio dispone di due AFM e micro-Raman.
Gli studi teorici e di simulazione sono principalmente eseguiti sulla infrastruttura per calcolo ad alte prestazioni HPC CINECA, su supercomputer di tipo Tier-0 (IBM BG-Q, Fermi) e Tier-1 (IBM-Intel cluster Galileo).
Facilities per la realizzazione di nanostrutture e per la sintesi materiali innovativi per l’energy harvesting (laboratori nanotecnologici, chimici, camere pulite, litografie ad alta risoluzione per materiali polimerici). Queste infrastrutture sono inquadrate nelle Reti di Laboratori Regionali promosse dalla Regione Puglia, con lo scopo di interfacciarsi con partners ed utilizzatori per l’attivazione di commesse di ricerca.
TEMATICHE/SETTORI DI INTERVENTO
- Ricerca energetica di frontiera