Tecnologie

Il Proof of Concept A.L.I.C.E. o “Actuators based on Light sensitive CompositE” mira allo sviluppo di materiali innovativi attraverso processi di stampa 3D/4D e li utilizza come attuatori nell'ambito del fotovoltaico, del solare a concentrazione, del solare termodinamico ed in altre applicazioni come deflettori ottici, microvalvole ottiche e switch ottici.

Le conchiglie dei molluschi bivalvi sono costituite principalmente da CaCO₃ (ca. 95%), con una piccola frazione di materia organica. Se il minerale venisse recuperato dai gusci, si avrebbe una "miniera" rinnovabile e sostenibile di CaCO₃ "blu". Le conchiglie, anche dopo l'asportazione della carne, mantengono una certa quantità di sostanza organica. Pertanto, come primo passo della produzione di CaCO₃ "blu", è necessario rimuovere i componenti organici, cuocendo i gusci in un forno appropriato, dopo il lavaggio per rimuovere i sali.

I nanofili di silicio (SiNWs) sono strutture con diametri che possono variare da qualche decina a qualche centinaia di nanometri, e lunghezze che vanno da poche centinaia di nanometri a millimetri. I SiNWs sono realizzati presso i laboratori dell'IMM-CNR, sezione di Roma, con tecnologie di tipo bottom-up, come la deposizione PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition), a temperature di crescita sufficientemente basse (≤350°C) da essere compatibili con substrati plastici o vetrosi.

CNR-ISTEC sviluppa compositi geopolimerici per applicazioni termo-strutturali, quali: intercapedini autoportanti; isolanti termici e acustici; barriere termiche e taglia-fuoco; rivestimenti per alta temperatura e damping; stampi e anime per la fonderia; schiume e rivestimenti refrattari. I geopolimeri sono materiali consolidati per via chimica a T<300 °C. Essendo polimeri inorganici senza acqua in struttura tollerano le alte temperature: sono incombustibili, non sviluppano gas o fumi e non esplodono.

L’elettrocromismo è una caratteristica optoelettronica di particolare interesse perché può essere sfruttato nella realizzazione di tecnologie come le finestre intelligenti (Smart Windows) per promuovere l’efficienza energetica, automotive, dispositivi sensoristici o di visualizzazione. I materiali elettrocromici cambiano le loro caratteristiche optoelettroniche, mostrando diverse colorazioni in funzione del campo elettrico applicato.

Il modulatore optomeccanico a metasuperficie è un dispositivo atto a modulare ampiezza, fase e polarizzazione di un fascio di radiazione elettromagnetica, indipendentemente, o simultaneamente, secondo percorsi prescritti nello spazio dei parametri (ad esempio, per quanto riguarda la polarizzazione, percorsi sulla sfera di Poincaré).

La tecnologia che si sta sviluppando aggiungerà capacità polarimetriche a camere ad immagine nel visibile e vicino ultravioletto, fornendo un dispositivo in grado di misurare simultaneamente i diversi stati di polarizzazione della luce incidente, senza bisogno di polarizzatori esterni. Ciò verrà realizzato aggiungendo degli strati sottili di materiali organici nanostrutturati in grado di assorbire luce con diversi stati di polarizzazione e di convertirli in diversi colori.

L’invenzione è un metodo di sintesi colloidale di nanomateriali di semiconduttori V-VI-VII non contenenti elementi tossici. Questo è il primo metodo in assoluto che consente di sintetizzare nanomateriali di semiconduttori ad anioni misti senza elementi tossici, tra i quali i nanocristalli di calcoalogenuri di bismuto, considerati fra i più promettenti candidati alle future tecniche di conversione dell’energia luminosa.

L’ottimizzazione dei processi metallurgici risulta oggi cruciale per la progettazione e sviluppo di materiali avanzati in grado di operare e resistere in condizioni estremamente aggressive quali quelle di impianti di produzione di energia, fonti rinnovabili, reattori nucleari di nuova generazione, elettronica avanzata, trasporto a terra, avionica e aerospazio, catalisi, biomedicali, ecc.

Tecniche deposizione da soluzione chimica di precursori metal-organici hanno permesso la ricerca e lo sviluppo di strati sottili ossidi semplici e composti come Pb(Zr,Ti)O3, e Al2O3, fino all’applicazione industriale in dispositivi piroelettrici o capacitori. Le tecniche di deposizione usano spin-on o dip-coating. I vantaggi di queste tecniche sono:

(i) bassi costi di apparecchiatura e di reattivi

(ii) deposizione su larghe aree

(iii) basse temperature di cristallizzazione

Il Team di ricerca proponente, che opera presso CNR ISTEC, ha brevettato una tecnologia per la produzione degli Smart Polycrystals (SP), policristalli ceramici trasparenti a base di YAG, granato di Al e Y (Y₃Al₅O₁₂), drogato con ioni di terre rare e di metalli di transizione. Gli SP risolvono il problema della riduzione dell’efficienza nei sistemi laser a stato solido, causata dal riscaldamento disomogeneo dei monocristalli durante il processo di emissione.

Gli specchi per applicazioni spaziali, oltre ad offrire le necessarie caratteristiche ottiche, devono essere leggeri, resistenti alle sollecitazioni meccaniche del viaggio, ed insensibili alle escursioni termiche legate ai cicli luce-ombra. I materiali ottici standard soddisfano facilmente i requisiti ottici e termici, ma sono fragili, e necessitano di alti spessori (normalmente 1/6 del diametro).

I geopolimeri appartengono alla classe delle ceramiche consolidate per via chimica: sono sintetizzati a bassa temperatura e sono eco-sostenibili, poiché oltre alla bassa temperatura di consolidamento richiesta dal processo possono essere prodotti anche a partire da materie prime seconde e scarti industriali di varia natura, riducendo così la richiesta energetica e l’impatto ambientale dell’intero ciclo produttivo.