Area progettuale

Chimica e tecnologia dei materiali (DCM.AD006)

Dipartimento

Scienze chimiche e tecnologie dei materiali

Il rilievo

Più di un quinto del prodotto interno lordo europeo è legato allo sviluppo ed alla commercializzazione di materiali, componenti, tecnologie e processi. Prodotti e servizi basati sulle Tecnologie Abilitanti, costituiscono quasi un quinto della produzione totale dell'Europa-28 ed è in costante aumento.
La ricerca nel campo dei materiali avanzati, classificati come una delle tecnologie abilitanti secondo la strategia adottata nel 2012 dalla EC, intende sia realizzare nuovi e più economici sostituti per i materiali esistenti, sia svilupparne di nuovi per prodotti e servizi ad elevato valore aggiunto in settori quali salute, elettronica, aerospazio, trasporti ambiente e energia.
Lo studio di materiali e tecnologie altamente innovative, la capacità di stimolare nuove value chain e di accorciare i tempi di trasferimento tecnologico sono visti non solo come sostegno allo sviluppo economico ma anche soluzioni alle sfide sociali. Fondamentali sono i contributi attesi dalle ricerche nel campo dei materiali avanzati e delle tecnologie avanzate di produzione e processo, insieme alle biotecnologie, rispetto a tematiche di rilievo quali energia, clima e trasporti, così come per mantenere alto il livello di innovazione nel campo della salute e della medicina, dell'efficienza delle risorse e della Circular Economy.

Obiettivi

L'Area Progettuale si focalizza sulla sintesi, gli studi sui meccanismi di preparazione, l'indagine strutturale, l'elucidazione delle relazione struttura-funzione, la comprensione delle caratteristiche chimico fisiche dei materiali, la messa a punto di tecnologie innovative di processo, fino allo scale up dei materiali ed alla loro efficace integrazione in sistemi e dispositivi funzionali. In quest'ottica risulta funzionale allo sviluppo delle altre aree progettuali tematiche del dipartimento, con le quali dialoga e sviluppa attività sinergiche.Lo sviluppo di nuovi materiali o di nuove funzionalità viene raggiunta tramite un approccio olistico al design funzionale e alla produzione il più possibile compatibile con i più moderni standard di sicurezza ambientale e con l'ottica di ottimizzazione delle risorse.
L'area progettuale quindi abbraccia idealmente le varie categorie di materiali (metalli, ceramici e vetri, polimeri) e i relativi compositi/ibridi, studiandone e sintetizzandone le materie prime, sviluppando opportune tecnologie di deposizioni di film o di produzione di massivi, declinandole su settori applicativi che vanno dall'ambiente all'aerospazio e ai materiali per applicazioni estreme, fino alla spintronica, la fotonica, la meccatronica e l'elettronica organica e ibrida, passando per il packaging, la sensoristica e le applicazioni magnetiche.
Oltre agli approcci sperimentali, che beneficiano della sinergia con gli strumenti teorico-computazionali sviluppati all'interno del Dipartimento, vengono sfruttate competenze sulla caratterizzazione avanzata, basata su spettroscopie, tecniche di diffrazione o altre metodologie in operando, che traggono vantaggio dalle consolidate attività e dalle ricerche state-of-the-art che sviluppano ed applicano metodologie innovative.

Il quadro delle ricerche in ambito internazionale

L'importanza dei materiali in ambito internazionale è ormai cosa nota e assodata e costituisce uno dei caposaldi dello sviluppo innovativo in tutti gli ambiti dello sviluppo della società e industriale.
Se lo sviluppo dei singoli materiali non può prescindere dall'applicazione finale a cui sono destinati, sempre più importanza assumono materiali multifunzionali capaci di esplicare in un'unica matrice diverse funzionalità, così come lo sviluppo di materiali ibridi o compositi in grado di soddisfare esigenze di confine tra le tipologie di cui sono composti.
A questo scopo la ricerca in ambito internazionale viene dedicata non solo delle più moderne tecniche sintetiche e di analisi, ma anche della relazione intercorrente tra la struttura del materiale e la sua applicazione finale, passo necessario alla sua ottimizzazione.
Importante altresì l'attenzione ai materiali critici (terre rare, metalli preziosi, etc) sia per una possibile loro sostituzione che recupero a fine vita.

Il quadro delle ricerche in ambito nazionale

Lo studio dei materiali avanzati è pervasivo dell'odierne società, e con un grosso impatto nello sviluppo di una economia sempre al passo con le mutate esigenze di una società globale alle prese con grandi sfide legate all'ambiente, al clima, alla salute etc.
Se è importante lo sviluppo di materiali sempre più performanti e in grado di soddisfare esigenze sempre più complesse, si fa sempre più pressante la necessità che gli stessi vengano progettati in un ottica di risparmio delle risorse e di circular economy che tenga quindi conto della limitatà potenzialità di materie prime espressa dal territorio nazionale.

Il posizonamento del Cnr

Il CNR occupa posizione strategica nel quadro nazionale e internazionale di sviluppo della scienza dei materiali, con ricerche stato dell'arte in diversi ambiti di importanza fondamentale che vanno dalla salute, all'ambiente, alla realtà industriale, all'energia, solo per citarne alcune. Il ruolo chiave è confermato dall'entità delle collaborazioni nazionali e internazionali e dai tanti progetti collaborativi (regionali, nazionali, internazionali) a cui gli istituti del Dipartimento partecipano in qualità di partner ma anche con ruolo di coordinatori. Di notevole rilievo anche i contatti con enti di diritto privato con cui sono attivi diversi progetti di ricerca sui materiali e che hanno portato allo sviluppo di un discreto numero di brevetti dedicati.
Oltre ad una funzione di ricerca e di supporto allo sviluppo industriale, il Dipartimento svolge una importante funzione formativa con la partecipazione a corsi di dottorato in Scienza dei Materiali o in altri discipline dove i materiali avanzati costituiscono curriculum fondante. Mentre risultano di rilievo le presenze di ricercatori del dipartimento in organismi come la KIC Raw Materials, l'Alliance for Materials o le Piattaforme tematiche europee come EuMAT, deputati alla creazione di sinergie internazionali nel campo della scienza dei materiali.

Le principali attvità svolte


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Le attività previste

Gli obiettivi dell'area progettuale sono perseguiti con studi su polimeri e biopolimeri, materiali ceramici e compositi, da nanomateriali inorganici di tipo metallico, magnetico e semiconduttore, a nanostrutture organiche, ibride e bioconiugate, da sistemi a base di grafene e materiali 2D a materiali multifasici, da interfacce bio-organiche e architetture organizzate ed auto organizzate alla living soft matter.
Allo studio di processi convenzionali di sintesi, saranno quindi sviluppate le più moderne tecnologie di manipolazione atomica, sintesi inorganica, metallorganica e organica molecolare e supramolecolare e di soft chemistry. Mentre le più moderne tecnologie per la deposizione chimica e fisica di film sottili e spessi possono contare sulle comprovate esperienze su interfacce, giunzioni e su tecniche di analisi innovative, i materiali massivi prevedono lo sviluppo di sistemi nanostrutturati, multifasici e multicomponenti con strutture dense o porose anche gerarchicamente organizzate e bioinspired prodotte anche con tecniche additive. Questo patrimonio di competenze sinergiche e complementari saranno utilizzate per la progettazione e del design di materiali oltre che in applicazioni tipiche delle altre aree progettuali dipartimentali in cui i materiali avanzati non possono che essere pervasivi, anche per: l'ambiente (materiali per il disinquinamento , la separazione e la cattura di inquinanti e la desalinizzazione); ambienti severi, l'aerospazio e i trasporti; lo sviluppo della spintronica, delle tecnologie quantistiche, dell'ottica e dei materiali magnetici; la fotonica ed elettronica anche organica e ibrida; la sensoristica chimica e biologica; la separazione di gas e liquidi; la funzionalizzazione di superfici. Specifiche attività saranno inoltre rivolte all'indagine sull'impatto dei nuovi materiali sull'ambiente e sull'uomo, con valutazioni di biocompatibilità, tossicità, e sicurezza (ad es. nanosafety)

Area tematica

Scienze chimiche e tecnologie dei materiali

Parole chiave

Sintesi avanzate, materiali nanostrutturati, caratterizzazione

Progetti

Ultimo aggiornamento: 22/02/2024