RICERCA ITALIANA     

Processi molecolari in sistemi di non-equilibrio per applicazioni nel campo energetico e ambientale e per la sintesi di nuovi materiali.

Università degli Studi di Perugia

Abstract

La caratterizzazione a livello molecolare del comportamento dinamico di sistemi di non-equilibrio, in particolare di miscele gassose in espansione adiabatica, di atomi metastabili e ioni gassosi in atmosfere rarefatte e di plasmi è fondamentale per lo sviluppo di tecnologie innovative, finalizzate ad applicazioni sia in campo energetico, ambientale, che nel campo delle nanostrutture.
Nell'ambito di questo programma di ricerca si procederà allo studio, teorico e sperimentale, delle interazioni tra specie chimiche di varia natura e dei processi collisionali che inducono condizioni molecolari di non-equilibrio, associate al rilassamento dei moti interni ed ai meccanismi di scambio di carica, eccitazione e ionizzazione, spesso accompagnati da riarrangiamento molecolare.
Il progetto coinvolge, su questo obiettivo, tre gruppi universitari provenienti da discipline diverse (chimica e fisica) con competenze complementari (teoriche e sperimentali). Vista la natura multidisciplinare dello studio, le tecniche sperimentali che verranno utilizzate spazieranno dall'uso di fasci molecolari, neutri e ionici, a scariche elettriche, al confinamento elettrodinamico di ioni, alle spettroscopie laser, di elettroni e di luce di sincrotrone fino alla spettrometria di massa.
Al fine di raggiungere una interpretazione unificata dei processi studiati si effettueranno, per alcuni casi campione, calcoli ab initio accurati delle loro proprietà utilizzando formalismi >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Fernando PIRANI Università degli Studi di PERUGIA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Lo scopo di questo progetto è lo studio a livello microscopico di alcuni importanti processi che coinvolgono specie atomiche e molecolari, a guscio elettronico sia chiuso che aperto, la cui comprensione è fondamentale per la caratterizzazione del comportamento di miscele gassose in espansione supersonica, di atomi metastabili e ioni gassosi e di plasmi.
Questi sistemi hanno in comune il fatto di essere spesso in uno stato di non equilibrio e richiedono dunque una indagine a livello molecolare che esplicitamente consideri le forze di interazione in gioco e la loro influenza sulle singole collisioni ed i singoli stati quantici.
Lo studio, che coinvolgerà specie chimiche a complessità crescente, dagli atomi di gas nobile piu' leggeri fino agli idrocarburi poliaromatici, verrà condotto su base sperimentale accoppiando tecniche di produzione di fasci molecolari e di specie cariche ed eccitate con diagnostiche basate sulla spettrometria di massa, la cromatografia liquida e gassosa, la spettroscopia di elettroni, la spettroscopia laser e di luce di sincrotrone. Dal punto di vista teorico, saranno effettuate simulazioni su sistemi prototipo con calcoli ab initio e saranno sviluppati metodi per la determinazione e rappresentazione delle interazioni intermolecolari e modelli dinamici per descrivere trasferimenti di energia e di carica.
L'obbiettivo è quello di ottenere le sezioni d'urto dei processi collisionali, di identificare i vari canali che possono >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Lo stato di non-equilibrio e' di gran lunga la forma più comune in cui la materia è presente in natura. Ad esempio, oltre il 99% dell'universo visibile (e forse la maggior parte di ciò che non è alla portata delle nostre osservazioni) è costituito da plasmi stellari e da quelli presenti nello spazio interstellare [1]. Un plasma è costituito in generale da un insieme di elettroni, ioni, atomi, radicali e molecole liberi di muoversi. I fenomeni di trasporto di queste specie in fase gassosa ed in fase liquida sono spesso accompagnati da effetti di rilassamento ed allineamento molecolare.
Questi effetti, ipotizzati molti anni anni fa [2-5] e ancora non completamente caratterizzati [6-8], in particolari condizioni possono esaltarsi [9,10] ed è stato dimostrato recentemente che il loro controllo è in qualche misura possible [11-13] e che applicazioni, per esempio allo studio dei processi che preludono alla catalisi superficiale, sono realizzabili [14].
Il progetto qui presentato è il risultato del lavoro coordinato di tre gruppi universitari che intendono contribuire alla produzione, caratterizzazione ed uso applicativo di alcuni stati di non- equilibrio della materia. Questo sforzo richiede lo studio di alcuni importanti processi atomici e molecolari indotti dall'energia termica, elettrica ed elettronica. Il lavoro scientifico sarà condotto sia da un punto di vista sperimentale che teorico, al fine di ottenere una comprensione esaustiva della dinamica >>>