Patrizia LAMBERTI | Progetti

CARATTERIZZAZIONE E MODELLISTICA ELETTROMAGNETICA DI DISPOSITIVI INNOVATIVI BASATI SU MATERIALI NANOSTRUTTURATI

L’attività di ricerca proposta si incentra su una tematica interdisciplinare che vede le proprietà elettromagnetiche della materia, anche a scala nano, e i dispositivi che con essi si possono ottenere come gli elementi congiungenti settori complessi e distanti tra loro. In fatti l'attività di ricerca proposta riguarda: a) la messa a punto e la caratterizzazione EM di materiali multifase per l'industria elettrica ed elettronica, per applicazioni in ambito aeronautico e di dispositivi medici, con un approccio del tipo “design ad hoc”, con cariche nanometriche di carbonio mono- o duplice dimensionale e/o con cariche magnetiche nanometriche come la magnetite, elementi non ancora considerati in sinergia; b) lo sviluppo di modelli e metodi di simulazione multiscala in grado di portare in conto le proprietà nanostrutturali e di interazione sulle prestazioni funzionali dei dispositivi in cui essi sono utilizzati, anche considerando fenomeni elettrofisiologici nel caso di presenza dimezzi biologici. In particolare, per quanto riguarda il primo punto, sarà effettuata la caratterizzazione delle proprietà elettromagnetiche in continua, in bassa frequenza e nella banda RF fino a 1GHz. Verranno considerati materiali polimerici nanocaricati (nanocompositi e/o membrane ottenute per elettrospinning) a doppia o multipla fase. Quali cariche verranno prese in considerazione le forme nanometriche del carbonio, con dimensioni predominanti in una (CNTs o CNFs) o due direzioni (GS) e verranno valutate anche nano particelle di magnetite (MNP), esprimenti fenomeni di super-paramagnetismo. L'analisi delle proprietà EM sarà correlata alle caratteristiche morfologiche della struttura al fine di ottenere una accurata descrizione dei modelli di trasporto. Particolare attenzione sarà rivolta ai parametri incerti e alla loro influenza sulle prestazioni attese per realizzare un’analisi finalizzata alla sintesi che si può ottenere con i modelli sviluppati nella voce b) della proposta. L'approccio seguito è quello di un design-ad-hoc di dispositivi per l'industria elettrica ed elettronica, per applicazioni in ambito aeronautico (quali coatings multifunzionali o elementi strutturali in fibra di carbonio fibro-rinforzati) o nell’ambito dei dispositivi medici (quali membrane per rilascio controllato “da parametri elettrici” di farmaci o elettrodi per Elettrocardiogramma con migliorate caratteristica all’interfaccia). Sempre per quanto concerne la voce b) si valuterà la progettazione di uno schermo EM realizzato mediante diversi strati sovrapposti di grafene, intervallati da un polimero separatore, sperimentalmente già ottenuto in laboratorio, cercando di individuare i parametri più influenti e i fenomeni fisici da prendere in considerazione per modularne il comportamento, quali ad esempio le funzionalizzazioni chimiche o l’applicazione di forze meccaniche. Nello studio dell’impiego di dispositivi basati su strutture nanometriche come CNT, CNF, GS e/o MNP, al fine di valutare il vantaggio dell’interazione con la materia alle dimensioni tipiche delle molecole, verranno impiegati modelli agli elementi finiti in grado di prendere in considerazioni, sia nello spazio che nel tempo, comportamenti EM non sempre basati sulla fisica classica e tipicamente non lineari. La presente proposta integra le conoscenze già disponibili nel settore dei nanocompositi e dei dispositivi basati su strutture nanometriche e si caratterizza per i seguenti aspetti di originalità: a) intende caratterizzare nuovi nanocompositi per i quali in letteratura sono disponibili risultati scarsi o nulli; b) analizza la correlazione tra proprietà morfologiche e strutturali con le proprietà elettromagnetiche, con particolare attenzione alla geometria delle diverse fasi presenti nel materiale, ed integra tali informazioni in modelli e codici numerici sia nell’ambito dei nanomateriali che nella e modellistica multiscala nell’ambito di fenomeni e mezzi non lineari.