La ricerca del LABAS parte dalla progettazione, dalla sintesi e dalla caratterizzazione di materiali inorganici, nanostrutturati e ibridi. Lo studio della composizione chimica, della struttura, delle superfici e delle interfacce permette di sviluppare materiali funzionali per energia, rivelazione delle radiazioni, biomedicina, ambiente e conservazione dei beni culturali.
Le attività integrano chimica inorganica, chimica dei materiali, spettroscopia, spettrometria di massa, microscopia, modellistica computazionale e analisi multivariata dei dati.
La chimica inorganica al centro della ricerca
La progettazione del materiale rappresenta il punto di partenza delle attività del LABAS. Composizione, struttura cristallina, difetti, stato di ossidazione, morfologia e chimica superficiale vengono controllati per ottenere specifiche proprietà funzionali.
Sintesi di materiali inorganici
Sintesi di ossidi metallici, nanocristalli semiconduttori, quantum dots, materiali porosi e sistemi ibridi mediante processi controllati in soluzione e trattamenti termici.
Funzionalizzazione superficiale
Modifica delle superfici mediante leganti, molecole organiche, polimeri e specie attive per controllare stabilità, selettività, reattività e compatibilità con matrici e dispositivi.
Superfici e interfacce
Studio della reattività, della segregazione, della diffusione e delle trasformazioni chimiche che avvengono alle interfacce tra materiali inorganici, organici e ibridi.
Energia, intercalazione ionica e materiali elettrodici
La chimica inorganica dei materiali elettrodici viene studiata per comprendere i processi di inserzione ionica, le modificazioni strutturali e le reazioni che avvengono all’interfaccia tra elettrodo ed elettrolita.
Chimica inorganica dei materiali per l’energia
Studiamo materiali grafitici, composti di intercalazione e sistemi elettrodici nei quali ioni e molecole vengono inseriti tra i piani cristallini. L’obiettivo è correlare composizione, struttura, distribuzione delle specie chimiche e stabilità delle interfacce con il comportamento funzionale del materiale.
Particolare attenzione è dedicata ai meccanismi di intercalazione, diffusione e segregazione, alle deformazioni del reticolo cristallino e alla formazione delle specie precursori della solid electrolyte interphase.
- Intercalazione di ioni nei cristalli di grafite
- Materiali elettrodici e interfacce elettrodo–elettrolita
- Formazione e stabilità della SEI
- Depth profiling e distribuzione sottosuperficiale degli ioni
- Modellistica DFT delle modificazioni strutturali
- Correlazione tra composizione chimica e topografia
Grafite
Intercalazione ionica
SEI
Elettrodi
DFT
ToF-SIMS
Rivelatori, optoelettronica e materiali per radiazioni
La sintesi di nanocristalli semiconduttori e lo studio delle interfacce nei dispositivi rappresentano il punto di partenza per sviluppare nuovi materiali sensibili alle radiazioni ionizzanti.
Sintesi e chimica superficiale dei semiconduttori
Sintetizziamo quantum dots e nanocristalli semiconduttori controllandone composizione, dimensioni, struttura cristallina e chimica dei leganti superficiali. La funzionalizzazione consente di regolare stabilità colloidale, assorbimento ottico, fotoluminescenza e trasporto di carica.
I materiali vengono trasferiti dalla soluzione a substrati solidi mediante tecniche di deposizione controllata, con l’obiettivo di realizzare film sottili, sensori e dispositivi per raggi X, protoni e altre radiazioni ionizzanti.
- Sintesi e funzionalizzazione di quantum dots
- Nanocristalli di PbS, CdZnTe e semiconduttori correlati
- Film sottili e dispositivi optoelettronici
- Rivelazione di raggi X e fasci di protoni
- Materiali per fisica medica e aerospazio
- Diffusione e segregazione nei dispositivi multilayer
- Studio dell’interazione tra particelle energetiche e materia
Quantum dots
Raggi X
Protoni
Film sottili
Optoelettronica
Aerospazio
Biomateriali e imaging chimico biomedico
La progettazione di materiali inorganici, ibridi e bioattivi viene integrata con lo studio della loro composizione superficiale e della loro interazione con sistemi biologici.
Materiali inorganici e ibridi per applicazioni biomediche
Studiamo la sintesi e la funzionalizzazione di materiali inorganici e ibridi destinati a rivestimenti bioattivi, scaffold, dispositivi e sistemi di interazione con tessuti e molecole biologiche.
La caratterizzazione delle superfici permette di valutare distribuzione delle specie attive, composizione chimica, alterazioni prodotte da trattamenti e interazioni tra materiali sintetici e ambiente biologico.
- Materiali inorganici e ibridi bioattivi
- Funzionalizzazione di scaffold e superfici polimeriche
- Distribuzione superficiale di molecole biologicamente attive
- Imaging ToF-SIMS di lipidi e aminoacidi
- Studio di tessuti e campioni biologici senza marcatori
- Alterazioni dei biomateriali indotte dalla radioterapia
- Analisi multivariata di mappe chimiche biomediche
Biomateriali
Coating bioattivi
Imaging molecolare
Tessuti
ToF-SIMS
Analisi multivariata
Diagnostica e materiali per i beni culturali
La chimica inorganica dei pigmenti, delle leghe, dei prodotti di corrosione e dei materiali protettivi costituisce la base per comprendere le tecniche artistiche e i processi di degrado.
Pigmenti, metalli e materiali inorganici del patrimonio
Studiamo la composizione e le trasformazioni chimiche di pigmenti inorganici, leghe metalliche, dorature, materiali ceramici e prodotti di corrosione. L’identificazione delle fasi minerali e degli stati di alterazione permette di ricostruire tecniche esecutive e processi di degrado.
La ricerca comprende inoltre la sintesi di ossidi, nanocontenitori e rivestimenti funzionali destinati alla protezione delle superfici e al rilascio controllato di inibitori o sostanze attive.
- Degrado di pigmenti e materiali inorganici
- Corrosione di leghe e manufatti metallici
- Studio di dorature e stratigrafie pittoriche
- Materiali protettivi e sistemi a rilascio controllato
- Imaging MA-XRF e analisi non invasive
- Sviluppo di scanner e sistemi robotici
- Profilometria e documentazione delle superfici
Pigmenti
Corrosione
MA-XRF
Diagnostica
Conservazione
Robotica
Materiali funzionali per ambiente, sensori e catalisi
La sintesi e la funzionalizzazione di ossidi metallici e materiali nanostrutturati vengono orientate verso fotocatalisi, adsorbimento, sensoristica e protezione ambientale.
Sintesi e funzionalizzazione di ossidi metallici
Sintetizziamo ossidi metallici, ossidi misti e materiali porosi controllandone fase cristallina, dimensioni, area superficiale, difetti e gruppi funzionali. La progettazione chimica è indirizzata alla modulazione delle proprietà adsorbenti, fotocatalitiche e sensoristiche.
Particolare attenzione è rivolta a processi di sintesi sostenibili e alla comprensione delle interazioni tra contaminanti, superfici ossidiche e specie attive.
- Sintesi sostenibile di TiO₂ e altri ossidi metallici
- Fotocatalisi e degradazione degli inquinanti
- Adsorbimento di glifosato e contaminanti organici
- Materiali porosi e silici funzionalizzate
- Sensori per specie chimiche e metalli pesanti
- Nanocontenitori e rilascio controllato
- Rivestimenti protettivi e antifouling
Ossidi metallici
TiO₂
Fotocatalisi
Adsorbimento
Sensori
Ambiente
Metodologie trasversali
Le diverse aree applicative condividono metodologie dedicate allo studio della composizione, della struttura, della reattività e dell’organizzazione tridimensionale dei materiali.
Chimica delle superfici e delle interfacce
Studio della composizione chimica superficiale, degli stati di ossidazione, della reattività e dei fenomeni di diffusione e segregazione nei materiali inorganici, organici e ibridi.
Bombardamento ionico e imaging 3D
Esperimenti con ioni monoatomici e cluster di bismuto, cesio e argon per imaging chimico, depth profiling e ricostruzione tridimensionale di materiali e dispositivi.
Modellistica computazionale
Calcoli DFT e modellistica molecolare per interpretare struttura elettronica, intercalazione, deformazioni cristalline, reazioni interfacciali e stabilità delle specie chimiche.
Analisi multivariata e machine learning
PCA, PLS, cluster analysis e algoritmi di machine learning applicati a spettri, profili in profondità e mappe chimiche bidimensionali e tridimensionali.
Caratterizzazione multitecnica
Integrazione di ToF-SIMS, FT-IR, UV-Vis, fotoluminescenza, XRF, profilometria, microscopia e tecniche di diffrazione per una descrizione completa dei materiali.
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