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Descrizione
modulo
Nanostrutture e fluidi complessi impieganti nanomateriali per applicazioni di gas sensor e di heat transfer technology tipiche dei sistemi di propulsione del settore trasporti


Tematiche di ricerca:
1. studio sperimentale di fluidi complessi (lubrificanti e refrigeranti) impieganti nanomateriali per sistemi meccanici ad elevate prestazioni, in particolare riguardo alle caratteristiche termofisiche

2. studio sperimentale del processo di formazione, microstruttura e mappaggio molecolare degli inquinanti particellari di natura carboniosa e delle specie condensate prodotti da sistemi a combustione attraverso l'impiego della Radiazione X di Sincrotrone (ESRF)con tecniche SAXS, NEXAFS.

3. sintesi di nanomateriali per applicazioni di heat transfer e gas sensor.

4. caratterizzazione sperimentale della morfologia di nanoparticelle e aggregati (per es. analisi frattale da misure di scattering X, proprieta' di restructuring). Uso dello strumento SAXS per la misura dell'area superficiale e della porosita' di materiali carboniosi. Studio delle interazioni di nanomateriali vs. radiazione e campo di temperatura.

5. modelli di simulazione della trasmissione del calore a nanoscala.
Obiettivi:
Gli obiettivi sono rappresentati dal conseguimento di patents e dalla pubblicazione su riviste scientifiche ISI con elevato Impact factor. Lo scambio di informazioni e la interazione con gruppi scientifici internazionali rappresenta una modalita' fondamentale per il conseguimento di tali obiettivi. Viene ricercata dal gruppo la partnership con prestigiose case automobilistiche e piccole e medie imprese di spin-off, in modo da consentire, a valle del raggiungimento del risultato scientifico, il trasferimento del know-how e la realizzazione del prodotto industriale high-tech. L'assenza di personale tecnico e la scarsa integrazione del modulo nella proposizione di progetti nell'ambito della struttura commesse-dipartimenti puo' seriamente limitare l'ambito dei risultati attesi.
Stato dell'Arte:
Il focus della letteratura circa le possibili applicazioni di nanostrutture (almeno una dimensione < 100 nm) per i sistemi di propulsione nel settore trasporti riguarda, fra le tante, lo studio dei meccanismi di heat transfer su nanoscala e l'effetto delle proprieta' di conduzione elettrica size-depending in presenza o assenza di radiazione.
Materiali carboniosi sono utilizzati nel campo dello storing di idrogeno (nanotubi) e della lubrificazione (nanovescicole).
Materiali di tipo ossido metallico vengono utilizzati per parti meccaniche e di arredamento nel settore automotive. Il know-how circa i punti precedenti e' multidisciplinare (Aerosol Science, Surface Science e Physical Chemistry).
Per es. sono state dimostrate proprieta' di enhancement della conducibilita' termica di fluidi complessi impieganti nanostrutture metalliche.
Anche le proprieta' di conduzione elettrica sono influenzate dalla significativa abbondanza di molecole disposte alla superficie di strutture, nonche' dalla particolare forma delle strutture stesse (spheroids, nanowires, nanobelts), dalla loro eventuale fase cristallina, dalle proprieta' di reattivita' di superficie (trappole, difetti, chemisorbimento).
Potenziale Impiego:
per processi produttivi:
processi produttivi
a) lubrificazione di microscopici interstizi meccanici

b) miglioramento delle proprieta' di scambio calorico dei sistemi di propulsione

b) parti di arredo di autoveicoli ottenute attraverso materiali a matrice nanometrica (vernici, vetri e isolanti termici)

c) sensori di gas a nanostruttura

d) elettrodi di fuel-cells, pneumatici, lampadine
per risposte a bisogni individuali e collettivi:
c) monitoraggio di frazioni ppm e sub-ppm di inquinanti gassosi emessi in ambiente da propulsori (per es. NO2) e combustibili gassosi (per es. sicurezza on-board per fughe di H2, CH4) attraverso sensori a nanostruttura
d) studio della formazione di specie di idrocarburi policiclici aromatici e cluster carboniosi in relazione alla aggiunta nel combustibile gassoso di additivi, per es. organometallici.
e) dispositivi per la trasmissione del calore a nanoscala
Competenze, strumentazione, tecniche di indagine e tecnologie :
Competenze (conoscenze possedute dai partecipanti alla commessa rilevanti ai fini del suo svolgimento):
Il gruppo proponente svolge attivita' di ricerca in cooperazione internazionale con RAS, CNRS, BIT nel settore Aerosol Science e Physical Chemistry. Ha competenza negli esperimenti di radiazione di sincrotrone (ELETTRA, ESRF) per studiare sia i processi di formazione e ageing di particolati carboniosi prodotti da sistemi a combustione sia le nanostrutture inorganiche prodotte via sintesi gas-phase. Le tecniche di indagine usate (SEM, TEM, XRD, SAXS, SLS, GCMS, UV-VIS e DBS) nello studio di specie carboniose, sono estese alla caratterizzazione di nanostrutture, ottenute mediante aerosol synthesis e Chemical Vapour Deposition. Il gruppo ha sintetizzato strutture Zn e ZnO a morfologie particolare (nanofibre cave) delle quali si' e' dimostrato l'uso come sensori sub-ppm di NO2. Il focus e' l'uso dei nanomateriali nelle applicazioni energetiche. Successivamente il modulo ha acquisito competenza nella sintesi di liquidi refrigeranti e lubrificanti costituiti da matrici liquide con inclusioni a stato solido (nanofluidi). Metalli e semimetalli sono sintetizzati sperimentalmente e se ne studiano le applicazioni di heat-transfer per mezzo di simulazioni Monte Carlo di trasporto fononico.
Strumentazione (dispositivi, apparecchiature o impianti utilizzati per lo svolgimento delle attivitą):
Tecniche d'indagine (metodologie per la comprensione di fenomeni o strutture attraverso l'impiego combinato di competenze e strumentazione):
--Laser Light Scattering
--Small-Angle X-ray Scattering (SAXS)
--Near Edge X-ray Absorption Fine Structure (NEXAFS)
--Small Angle Neutron Scattering (SANS)
--X-ray diffractometry (XRD)
--Diffusion Reflectance Infrared Fourier Transfer Spectroscopy (in collaborazione con CNR-ISTM Milano)
--Diffusion Batteries (in collaborazione con ICKC-RAS Novosibirsk)
--SEM, TEM
--microgravimetria
--GCMS
--picnometria
Tecnologie (Metodologie di modellazione o di intervento su oggetti e sistemi):
--Fractal-Like approach per l'analisi del Fattore di Struttura misurato negli esperimenti
--Scattering di piccolo angolo da sistemi diluiti a contrasto elettronico per l'analisi dei dati sperimentali SAXS
--algoritmi di tipo Brownian cluster-cluster coagulation per la simulazione di meccanismi di tipo aggregazione limitata dalla diffusione
--modelli di restructuring polimerici per la caratterizzazione delle proprieta' di ageing di inquinanti carboniosi particellari
--modelli di heat transfer basati su trasporto di fononi con metodo Monte Carlo
 
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