RICERCA ITALIANA     

Nuove preparazioni di nanocompositi polimerici per applicazioni ottiche, elettriche e magnetiche

Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia

Abstract

Il progetto è mirato all’integrazione di nanoparticelle inorganiche in polimeri organici per l’ottenimento di nuove funzionalità ottiche, elettriche e magnetiche.
La sfida che la preparazione di tali materiali presenta al ricercatore è quella di sviluppare una strategia che integri le procedure di preparazione delle nanoparticelle, con le procedure di funzionalizzazione ed infine di miscelazione e dispersione all’interno della matrice polimerica.
I gruppi di ricerca coinvolti nel progetto hanno già sviluppato una intesa pluriennale rivolta alla comprensione di diversi fenomeni complessi, quali: la formazione di particelle, la stabilità di colloidi, la chimica delle interfacce e le proprietà dei polimeri. Essi sono pronti a collaborare al presente progetto dedicandosi alla preparazione di nanoparticelle ed alla loro modificazione superficiale (tre unità), così come alla polimerizzazione in situ ed allo sviluppo delle tecnologie necessarie alla preparazione di nanocompositi (due unità).
Saranno sviluppate delle nuove metodologie di sintesi di nanoparticelle e materiali mesoporosi, sintesi solvo- ed idro-termali assistite da microonde, sol-gel e microemulsioni, facendo particolare attenzione all’ingegnerizzazione della superficie per evitare aggregazione e migliorare la disperdibilità all’interno del polimero.
Per la preparazione di nanocompositi polimerici con funzionalità ottimizzata ci si concentrerà sul rivestimento della superficie delle >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Anna Corradi Università degli Studi di MODENA e REGGIO EMILIA

Obiettivo del Programma di Ricerca

L’iniziativa si pone l’obiettivo generale di migliorare la competitività, in termini sia economici che di prestazioni ultime, dei nanocompositi a matrice polimerica in applicazioni industriali avanzate.
Confinando l’attenzione ai settori ottico, elettronico e magnetico, la ricerca che vede coinvolte 5 Unità Operative (UNIMORE, UNIMI, UNINA, UNIPA, UNISA) mette a frutto le consolidate competenze tecnico-scientifiche dei ricercatori afferenti alle stesse nel tentativo di intervenire sulle diverse fasi della filiera comprese tra la sintesi delle nanoparticelle di rinforzo alla realizzazione vera e propria del manufatto applicato nei settori di interesse.
Nel dettaglio, sforzi specifici saranno mirati a:
1. migliorare l’efficienza dei convenzionali processi di sintesi e/o modifica di nanopolveri con interessanti potenzialità di applicazione in complessi ibridi con proprietà ottiche, elettroniche e/o magnetiche;
2. proporre processi innovativi magari assistiti da microonde alla luce dei consolidati benefici di impiego di queste ultime;
3. favorire la dispersione del rinforzo inorganico nella matrice polimerica ospitante tramite l’analisi dei meccanismi e delle cinetiche di mescolamento in gioco. L’attività, basata su dati sperimentali sistematicamente raccolti tramite la caratterizzazione chimico-fisica di materiali nanocaricati e sulla successiva verifica dell’effettivo grado di dispersione realmente conseguito, mirerà, tra l’altro, a >>>

Risultati parziali attesi

Risultati attesi
Il progetto si propone di ottimizzare la preparazione di diversi nanocompositi che mostrino innovative proprietà ottiche, elettriche e magnetiche. Sono da considerarsi, pertanto, prodotto della ricerca sia i compositi finali con le funzionalità volute sia i nanomateriali prodotti.
In particolare, sono da ritenere obiettivi intermedi:
- tutti i processi di sintesi dei solidi inorganici preparati con dimensioni nanometriche;
- tutte le metodiche di caratterizzazione delle loro proprietà chimico-fisiche;
-tutte le metodiche di funzionalizzazione delle nanoparticelle al fine di ottimizzarne l'adesione alla matrice polimerica;
- tutte le procedure di ottimizzazione della dispersione delle nanocariche nella matrice polimerica.
Sono invece da considerare obiettivi finali:
- tutti i nanocompositi con peculiari proprietà funzionali, ottiche, elettriche e magnetiche prodotti;
- tutte le procedure di scale-up definibili.

Interesse dei risultati per l'avanzamento della conoscenza.
Gli obiettivi prefissati consentiranno di dare un contributo originale alla conoscenza delle tecnologie di sintesi di nanoparticelle in ambienti microconfinati (studiando le sintesi in microemulsioni) e in ambienti metastabili (studiando le sintesi in reattori assistiti da microonde). In questi due settori della chimica sintetica ci sono, infatti, ancora diversi problemi da risolvere tra cui la >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Il termine nanocomposito è largamente impiegato per descrivere una gamma estremamente ampia di materiali, in cui uno dei componenti ha almeno una dimensione su scala nanometrica. Questi sistemi mostrano proprietà peculiari per aggiunta di una quantità di riempitivo notevolmente minore rispetto a quella necessaria per avere gli stessi effetti in un composito tradizionale.
Tali proprietà sono fortemente legate alle caratteristiche dell'interfaccia polimero-riempitivo e sono altresì influenzate dall’effettiva area esposta dal riempitivo nanometrico. Da ciò, la necessità di studiare con particolare attenzione la parte riguardante la funzionalizazzione superficiale delle nanocariche e la loro dispersione nel composito.
Raramente sono riportati in letteratura studi completi che vanno dalla preparazione delle nanocariche, alla loro funzionalizazzione mirata ad aderire al polimero della matrice, molto più spesso chi si occupa del processo di sintesi lo indirizza ad una classe di matrici, piuttosto che ad un ben definito prodotto finale.

Per quanto riguarda le sintesi di nanocariche che siano in grado di dare alla matrice funzioni di tipo ottico, magnetico ed elettronico, si possono elencare sintesi bottom-up o top-down, indicando con le prime preparazioni a partire da “building blocks” molecolari o ioni in soluzione o in fase gas, mentre per i secondi, meccanosintesi o macinazioni spinte di microparticelle. Concentrandosi sulle sintesi bottom-up >>>