Attuazione del PIANO TRIENNALE 2014-2016 - inrim.it · secondo le priorità nazionali per quanto riguarda il ruolo di Instituto Metrologico Nazionale: ... (DCCT) per forti correnti;

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Attuazione del

PIANO TRIENNALE 2014-2016

Giugno 2014

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INDICE

Premessa ...................................................................................................................................................... 5

DIREZIONE SCIENTIFICA ........................................................................................................................... 7

Divisione Elettromagnetismo ..................................................................................................................... 8

Divisione Meccanica ................................................................................................................................. 17

Divisione Ottica ......................................................................................................................................... 25

Divisione Termodinamica ......................................................................................................................... 33

Allegato 1: Laboratori principali ..................................................................................... 43

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Premessa

Questo documento riporta lo schema attuativo del Piano Triennale 2014-2016, approvato dal CdA in data 26 febbraio 2014, per quanto attiene alla Direzione Scientifica e alle Divisioni dell’INRIM.

In particolare si riportano le schede dei programmi delle Divisioni, che riportano il tempo pieno equivalente (TPE) delle diverse categorie di personale e descrivono gli obiettivi di ciascuno sul modello delle tre linee prioritarie individuate in Horizon 2020 (tenendo conto anche delle priorità nazionali per quanto riguarda il ruolo di Istituto Metrologico Nazionale).

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DIREZIONE SCIENTIFICA Direzione Scientifica Coordinatore: Aldo Godone

Personale impegnato Risorse umane 2013 2014 2015

TI TD TI TD TI TD Organico totale in servizio 4 4 4

Ruolo:

coordinare le attività svolte nelle Divisioni e formulare con esse le proposte dei piani e dei rapporti periodici di attività da sottoporre, per le rispettive competenze, al Presidente e al Direttore generale;

definire con le Divisioni le richieste di risorse umane e finanziarie da sottoporre agli organi dell’ente preposti alla loro approvazione;

definire con le Divisioni le necessità di risorse strumentali e di servizi da sottoporre al Direttore generale o al Presidente;

proporre al Presidente iniziative di formazione del personale tecnico-scientifico, in base alle esigenze delle strutture di ricerca;

assicurare, da parte delle Divisioni, l’assolvimento degli obblighi previsti dal D.Lgs 81/2008, relativamente alle attribuzioni precedentemente definite.

Obiettivi del triennio e connesse attività:

Attività di segreteria tecnica di collegamento tra Presidenza, Direzione Generale e Divisioni, e di coordinamento scientifico. Con riferimento al Bilancio di Previsione 2014, nella tabella sotto riportata sono indicate le assegnazioni alle Divisioni. Successive integrazioni seguiranno a bilancio consolidato, secondo le richieste prospettate dalle Divisioni. Assegnazione 2014

Investimento Funzionamento missioni

Div/ cap 59 60 61 17 18.1 18.2 9.1 9.2 9.3

E 280 247 450 + 280 187.5

110 + 130 70 25 80

M 280 120 150 + 570 227.5

30 + 260 95 15 45

O 400 130 800 + 970 147.5

120 + 190 73 25 45

T 260 203 100 + 80 157.5

60 + 100 62 15 60

AGD e riserva

150 + 1000

100 + 400

0 + 200

110 + 400

280 + 120 200 14

0 + 30

20 + 80

Bilancio dopo la prima variazione 2370 1200 3600 1230 1400 500 24 110 330

Bilancio di previsione 2014 1250 800 1500 800 600 300 24 80 250

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Divisione Elettromagnetismo Responsabile: Vincenzo Lacquaniti

Articolazione delle attività

L’attività scientifica è indirizzata allo sviluppo e mantenimento dei campioni delle grandezze elettromagnetiche, alle proprietà elettromagnetiche dei materiali e allo sviluppo di dispositivi e sistemi e tecniche di misura per la metrologia.

L’attività della divisione Elettromagnetismo si svolge nei seguenti 4 programmi:

E1: Metrologia elettromagnetica (resp. L. Callegaro) E2 : Nanotecnologie e Dispositivi quantistici (resp. L. Boarino) E3: Ingegneria Elettromagnetica (resp. G. Crotti) E4: Magnetismo e proprietà elettromagnetiche dei materiali (resp. M. Pasquale)

Nel seguito sono sintetizzati gli obiettivi principali secondo le tre linee prioritarie individuate in Horizon 2020 e secondo le priorità nazionali per quanto riguarda il ruolo di Instituto Metrologico Nazionale:

Excellent science Industrial leadership Societal challenges

Attività di Ricerca – Excellent science

Obiettivi Strategici Principali Risultati Attesi

Sistema internazionale delle unità

Realizzazione del campione di tensione quantistico in regime variabile (array programmabili di giunzioni Josephson)

Realizzazione del campione quantistico di impedenza elettrica con riferibilità all’effetto Hall quantistico mediante ponti digitali

Realizzazione del campione quantistico di induzione magnetica (risonanza magnetica nucleare)

Metrologia quantistica

Realizzazione di array programmabili di giunzioni Josephson SNS e SNIS (tensioni alternate e trasferimento di forme d’onda quantistiche di riferimento)

Realizzazione di nanosquid per rivelazione di nanoparticelle magnetiche e readout di sistemi nanoelettromeccanici

Realizzazione di SET a struttura verticale mediante tecnica FIB Realizzazione di dispositivi QHE su larga area in grafene Realizzazione di rivelatori Nano-Tes per il conteggio di fotoni

Fisica, matematica e modelli per la metrologia

Studio delle instabilità di spin-waves in nanodispositivi magnetici

Modellizzazione degli effetti termici nella dinamica di magnetizzazione e spin transfer in nano strutture magnetiche

Attività di Ricerca Industrial leadership


Ricerca per l’industria

Metodi di taratura efficienti per sensori di Potenza industriali fino a 110 GHz

THz Time Domain Spectrometer

Sistemi per la taratura di strumentazione nel campo della compatibilità elettromagnetica con riferimento a misure di fenomeni transitori (scariche elettrostatiche, surge, fast transient)

Sensori magneto resistivi

Misure a microonda su materiali

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Tecnologie abilitanti

Nuovi materiali nanostrutturati per il trasporto di carica, spin e manipolazione della dinamica di magnetizzazione: materiali magnetici semiconduttori, grafene, polimeri conduttivi, nanofili e array di nanodots

Tecnologie ad elevato impatto per materiali e dispositivi nanostrutturati: nanogiunzioni, nanobolometri, self-assembly fino a 10 nm

Studi di dinamica di vortici/anti-vortici e misura cicli di isteresi in nanostrutture magnetiche mediante tecnica innovativa con microscopia MFM in campo magnetico.

Generazione, rilievo e modellizzazione di effetti termoelettrici e correnti di spin (effetto Seebeck e spin-Seebeck)

Attività di Ricerca – Societal challenges


Energia

Metodi riferibili e algoritmi per la misura, il monitoraggio e il controllo di reti elettriche smart con sorgenti rinnovabili

Preparazione, caratterizzazione e modellizzazione di materiali magnetici funzionali

Caratterizzazione avanzata e modelli di materiali magnetici per dispositivi elettromeccanici ad alta efficienza

Fabbricazione e caratterizzazione di elettrodi nanostrutturati per batterie a stato solido

Ambiente Metrologia elettrochimica per l'electro-mobility

Salute

Dosimetria elettromagnetica per applicazioni in ambito bio-medicale e per applicazioni connesse con l’impiego delle radiazioni al THz

Preparazione e caratterizzazione di nanoparticelle magnetiche e core-shell funzionalizzate per applicazioni bio-medicali, tecniche di rilevamento e modellizzazione dei fenomeni di bio-trasporto e di meccanismi di interazione elettrostatica

Attività di Ricerca – Ruolo NMI

Realizzazione e mantenimento delle unità SI

Implementazione di un comparatore criogenico per la riferibilità del campione di resistenza al QHE

Comparatore criogenico digitale basato su SQUID di ultima generazione

Campioni per la salinità e acidità degli oceani Sviluppo di standards di trasferimento riferibili per la potenza

elettrica HF fino a 220 GHz Estensione della riferibilità della capacità elettrica nel campo di

frequenze fino a 10 MHz Realizzazione di modelli e standard per AFM, PC-AFM e

microscopie a sonda

Riferibilità e disseminazione delle unità SI

Sviluppo della riferibilità delle misure magnetiche in nanostrutture per la sensoristica

Estensione della riferibilità delle misure di conducibilità elettrica Misure di conducibilità elettrolitica per la verifica della qualità di

bio-etanoli

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Programma E1- Metrologia Elettromagnetica Responsabile: Luca Callegaro (v. Umberto Pogliano)

Personale impegnato (TPE) Personale 2014 2015 2016

TI TD TI TD TI TD Ricercatori e Tecnologi 9.8 1 9.8 2 9.8 2

Tecnici (CT e OT) 8.0 0 8.0 0 8.0 0 Tot. 17.8 1 17.8 2 17.8 2

Ulteriori risorse umane 4.6 5 5 Totale 18.8 + ulteriori 20 + ulteriori 20 + ulteriori

Excellent science

Realizzazione del campione di tensione quantistico in regime variabile. Trasferimento di forme d’onda perfettamente quantizzate in misure pratiche di tensioni con campionamento (array programmabili di giunzioni Josephson) (EMRP SIB 59 "Q-wave"; MIUR Premiale 2011-P4, MIUR Premiale 2012-P6) Realizzazione del campione quantistico di impedenza elettrica con riferibilità all’effetto Hall quantistico mediante ponti digitali (EMRP SIB 53 AimQuTE; MIUR Premiale 2011-P4, MIUR Premiale 2012-P6) Realizzazione dell'unità quantistica di corrente elettrica con SET a struttura verticale mediante tecnica FIB (in collaborazione con E2; MIUR Premiale 2011-P4, MIUR Premiale 2012-P6) Misura di dispositivi QHE su larga area in grafene (in collaborazione con E2; MIUR Premiale 2011-P4, MIUR Premiale 2012-P6)

Industrial leadership Metodi di taratura efficienti per sensori di Potenza industriali fino a 110 GHz THz Time Domain Spectrometer e riferibilità nel THz gap (EMRP THz) Misure a microonda su materiali (in collaborazione con E4)

Societal challenges Metodi riferibili e algoritmi per la misura, il monitoraggio e il controllo di reti elettriche smart con sorgenti rinnovabili; riferibilità per Phasor Measurement Units (in collaborazione con E4; EMRP ENG52 Smart Grids II) Costruzione della riferibilità per le misure di potenza elettrica, di energia e di qualità della potenza in condizioni non sinusoidali e lo sviluppo di sistemi di taratura per trasduttori e sistemi con uscita analogica e digitale (EMRP ENG52) Metrologia elettrochimica per l'electromobility Misure e campioni per la salinità e l’acidità degli oceani (EMRP ENV05 Ocean) Dosimetria elettromagnetica per applicazioni in ambito bio-medicale e per applicazioni connesse con l’impiego delle radiazioni al THz (in collaborazione con E3; EMRP THz)

Ruolo di Istituto Metrologico Nazionale (NMI)Implementazione di un comparatore criogenico per la riferibilità del campione di resistenza al QHE e messa in servizio di una nuova realizzazione della scala di resistenza Comparatore criogenico digitale basato su SQUID di ultima generazione Campioni per la salinità e acidità degli oceani Estensione della riferibilità delle misure di conducibilità elettrica Misure di conducibilità elettrolitica per la verifica della qualità di bio-etanoli Sviluppo di standards di trasferimento riferibili per la potenza elettrica HF fino a 220 GHz; Realizzazione di un micro calorimetro in guida d’onda millimetrica (110 GHz) Stima dell'incertezza di misurazioni con analizzatori di reti vettoriali Estensione della riferibilità della capacità elettrica nel campo di frequenze fino a 10 MHz Facility di taratura per DC current transducers (DCCT) per forti correnti; INRIM pilota del confronto EURAMET.EM-S35

Infrastrutture di ricerca Partecipazione a MET-ITALIA per il Sistema Internazionale delle Misure, per Nanometrologia, per Enertia, per Ambiente.

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Programma E2- Nanotecnologie e Dispositivi quantistici Responsabile: Luca Boarino (v. E.Monticone)


TI TD TI TD TI TD Ricercatori e Tecnologi 5,1 5,1 1 6,1 1

Tecnici (CT e OT) 2 2 1 1 1 Tot. 7,1 7,1 7,5

Ulteriori risorse umane 5 5 5 Totale 19,20 21,20 22,60

Excellent Science Sistema Internazionale delle unità Realizzazione del campione di tensione quantistico in regime variabile (array programmabili di giunzioni Josephson)

Tali dispositivi programmabili sono finora il tentativo più riuscito di estendere le applicazioni metrologiche dei campioni Josephson oltre la DC e per diverse applicazioni quali campioni viaggiatori per i confronti internazionali, per la generazione di tensioni variabili in una “bilancia del watt”, come impedenza quantistica e campioni di potenza. Inoltre, solo i campioni programmabili sono in grado attualmente di fornire tensioni di uscita al di sopra di 1 V, e addirittura superiori a 10 V.

Metrologia Quantistica Realizzazione di array programmabili di giunzioni Josephson SNS e SNIS (tensioni alternate e trasferimento di forme d’onda quantistiche di riferimento)

Per estendere l’applicazione degli array Josephson alle misure in corrente alternata, è stato proposto l'uso di giunzioni Superconduttore-Normale-Superconduttore (SNS) con comportamento non-isteretico, che consentono di controllare la variazione della tensione di uscita per mezzo della corrente di polarizzazione. Questo non avviene nelle giunzioni isteretiche dei campioni DC, in cui i gradini si sovrappongono e condividono lo stesso intervallo di correnti.

Realizzazione di nanosquid per rivelazione di nanoparticelle magnetiche e readout di sistemi nanoelettromeccanici Mediante tecniche di Focused Ion Beam Sculpting è possibile realizzare con grande precisione nanoSQUID tridimensionali di scala nanometrica. Tali dispositivi stanno dimostrando elevata sensibilità ai bassi flussi magnetici e vengono utilizzati per lo studio di nanoparticelle magnetiche. Realizzazione di dispositivi QHE su larga area in grafene Realizzazione di rivelatori Nano-Tes per il conteggio di fotoni (progetto con divisione Ottica) Realizzazione di SET a struttura verticale mediante tecnica FIB. Mediante tecniche di Focused Ion Beam Sculpting è anche possibile realizzare dispositivi a singolo elettrone con dimensioni delle isole estremamente controllate. Fisica, matematica e modelli per la metrologia Sviluppo di modelli e materiali nanostrutturati di riferimento basati sul self-assembly per la microscopia a sonda e l’analisi di superficie Sfruttando le competenze acquisite negli ultimi anni nel campo della nanolitografia a fascio elettronico, ionico e per self-assembly, è possibile realizzare dispositivi con geometrie ed aree attive di poche decine e centinaia di nanometri quadri. Le prestazioni di tali dispositivi sono in fase di studio. Nell’ambito dei progetti EMRP si stanno realizzando modelli e campioni per la microscopia a sonda e a forza atomica metrologici basati sul self-assembly direzionato di copolimeri a blocchi con dimensioni variabili tra i 10 e i 50 nanometri.

Studio e ottimizzazione delle tecniche di nanolitografia per directed self-assembly su larga area mediante nanosfere e copolimeri a blocchi. L’utilizzo della nanolitografia colloidale e del self-assembly di copolimeri a blocchi consente di nanostrutturare qualsiasi materiale e superficie su larga area e con dimensioni al di sotto dei 50 nanometri. Tale tecnologia è indicata dall’International Technology Roadmap of Semiconductors come l’unica valida e possibile alternativa alla litografia ottica EXUV con esposizione multipla per i futuri nodi dei 22 e 11 nanometri nella fabbricazione di dispoitivi CMOS. Studio di sistemi a bassa dimensionalità, nanofili di silicio e di MgB2, nanodots magnetici Fabbricazione di nanostrutture e dispositivi per la fotonica, per la quantum computation, per la biosensoristica. Le tecniche di nanolitografia a fascio elettronico e ionico consentono la costruzione di cristalli fotonici in 2D e 3D. tali strutture sono ad esempio estremamente efficaci per estrarre dal piano la radiazione di fluorescenza

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dei centri di colore nel diamante, un materiale particolarmente indicato per la biosensoristica. Industrial leadership Ricerca per l’industria Progetti di ricerca nel campo della microscopia elettronica e nella nanolavorazione mediante Focused Ion Beam, Litografia elettronica, nanofotonica e sensoristica. Negli ultimi anni Nanofacility INRiM svolge una crescente attività di servizio per le industrie nei campi sopramenzionati. Societal challenges Energia Sviluppo sistemi di fotosintesi clorofilliana a stato solido Lo sviluppo di una tecnologia che fonda il settore delle celle a combustibile con quello del fotovoltaico è di estremo interesse e rappresenta una delle più grandi sfide scientifiche e tecnologiche per la riduzione dell’effetto serra dovuto all’aumento della CO2. Sviluppo di anodi nanostrutturati basati su nanofili di silicio per batterie a stato solido Il silicio nanostrutturato, ed in particolare i nanofili di silicio si stanno imponendo all’attenzione internazionale per le maggiori prestazioni e capacità rispetto ai normali elettrodi in grafite. In tale campo è in corso uno studio in collaborazione con l’Université Mediterraneé di Marsiglia. Studio dell’interazione nanofili di silicio-eumelanina per il fotovoltaico. L’eumelanina è un polimero con interessanti proprietà di assorbimento ottico e di interessante impiego nel fotovoltaico. Lo studio di sistemi ibridi organici-inorganici è di grande attualità. Infrastructures Potenziamento di Nanofacility Piemonte e creazione di un centro Europeo di Microscopia elettronica dedicato alla Metrologia e all’analisi composizionale di nanostrutture e nanodispositivi e alla catalisi. Non esistono al momento Istituti Metrologici Europei con competenze specializzate sulla microscopia elettronica analitica, solo il NIST in America è dotato di apparecchiature a correzione delle aberrazioni che consentano l’analisi composizionale e l’imaging a livello atomico. L’INRiM ha un progetto e le potenzialità per raggiungere un livello di eccellenza in tale campo.

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Programma E3 – Ingegneria Elettromagnetica Responsabile: Gabriella Crotti (v. Mauro Zucca)


TI TD TI TD TI TD Ricercatori e Tecnologi 5+1.6 2 5+1.6 2 5+1.6 2

Tecnici (CT e OT) 7 - 7 - 7 - Tot. 13.6 2 13.6 2 13.6 2

Ulteriori risorse umane 1,6 2 2 Totale 17,2 17,6 17,6

ATTIVITÀ DI RICERCA Excellent science: Fisica, matematica e modelli per la metrologia Sviluppo di approcci modellistici per lo studio dei processi di magnetizzazione e dei fenomeni di

magnetotrasporto in sistemi magnetici nanostrutturati, anche in presenza di fluttuazioni termiche.

Industrial leadership: Ricerca per l’industria

Studio di metodi per la caratterizzazione e l’assicurazione della riferibilità della strumentazione di misura di segnali trasmessi, condotti e irradiati, con forme d’onda distorte, transitorie e modulate per applicazioni in ambito industriale, diagnostico e terapeutico e per applicazioni TLC.

Implementazione di sistemi per la taratura di strumentazione nel campo della compatibilità elettromagnetica (EMC) con particolare riferimento alle misure di fenomeni transitori (scariche elettrostatiche, surge, fast transient).

Messa a punto, in collaborazione con l’Università di Firenze, di generatori campione di tensione RF/campo elettromagnetico, di caratteristiche note e di elevata stabilità, da utilizzarsi per valutare il grado di equivalenza delle misure effettuate in laboratori EMC.

Industrial leadership: Tecnologie abilitanti

Modellazione multiscala delle proprietà elettroniche e di trasporto di carica di film di grafene in presenza di bordi di grano, difetti ed impurità.

Sviluppo di approcci modellistici per lo studio di dispositivi “spintronici” basati sul grafene.

Societal challenges: Energy Sviluppo di sistemi e metodi per la caratterizzazione di trasduttori per media tensione con forme

d’onda distorte (EMRP ENG52).

Sviluppo di riferimenti per la taratura di trasformatori di corrente e tensione di nuova generazione con uscita analogica e digitale e di concentratori di segnali (stand-alone merging unit).

Studio e implementazione, in collaborazione con la Seconda Università di Napoli, di sistemi per la correzione in tempo reale della risposta di trasduttori di tensione e corrente nelle misure di stabilità della rete e di Power quality (EMRP ENG52).

Preparazione, caratterizzazione e modellizzazione di materiali magnetici funzionali. Particolare enfasi verrà data ai seguenti aspetti:

- sviluppo di modelli e dispositivi per l’energy harvesting; - sviluppo di un nuovo setup per l’identificazione magneto-meccanica di materiali magnetoelastici e per

la caratterizzazione riferibile di materiali magnetostrittivi.

Caratterizzazione avanzata e modelli di materiali magnetici per dispositivi elettromeccanici ad alta efficienza.

Societal challenges: Health

Studio dell’interazione fisica tra campi elettromagnetici ed entità biologiche mediante sviluppo di modelli previsionali avanzati e sistemi sperimentali riferibili per la dosimetria elettromagnetica, di interesse per le applicazioni diagnostiche e terapeutiche quali tomografia a risonanza magnetica MRI (anche in presenza di apparati metallici impiantati nel corpo), tecniche di stimolazione transcranica,

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ipertermia, radiazione nella banda dei terahertz (EMRP HLT06 e NEW07, Premiale P7).

Modellazione di nano-e micro-sensori magnetoresistivi e di sensori a effetto Hall per il rilevamento di nanoparticelle magnetiche (MNP) (IND08, Premiale P7).

Ottimizzazione di nanostrutture magnetiche per la veicolazione di MNP in mezzi fisiologici (Premiale P7, EMRP SpinCal).

Analisi modellistica delle interazioni tra MNP con rivestimento polimerico e sistemi biologici (EMRP HLT04, Premiale P7).

ATTIVITÀ DI TERZA MISSIONE Attività di formazione

Corsi di terzo livello sulle tematiche relative a valutazione, misura e mitigazione di campi elettromagnetici, teoria dell’elettromagnetismo e analisi modellistiche di proprietà multiscala in materiali magnetici.

Stage e tesi di laurea triennale e magistrale. Tesi di dottorato sulle tematiche afferenti a Tecnologie abilitanti, Energy e Health.

Corsi e seminari per Università e Scuole di formazione sui temi di afferenza del programma.

Servizi conto terzi

Attività di consulenza relativa a sviluppo di dispositivi e di sistemi di misura e progetto, realizzazione di sistemi di mitigazione di campi magnetici a bassa frequenza.

Mantenimento delle capacità di taratura riconosciute in ambito MRA, estensione delle CMCs per le grandezze rapporto di forti correnti e alte tensioni, campi elettromagnetici in bassa e in alta frequenza, grandezze nel settore EMC.

Potenziamento delle capacità di prova su apparecchiature elettriche con l’obbiettivo di fornire una verifica “full compliance” alla normativa per apparecchiature di bassa tensione.

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Programma E4 –Magnetismo e proprietà elettromagnetiche dei materiali Responsabile: Massimo Pasquale (v. Paola Tiberto)


Personale strutturato TI TD TI TI TD TI Ricercatori e tecnologi 13 13 13 13

Tecnici (CT, OT) 4 4 4 4 Tot 17 17 17 17

Ulteriori risorse umane 8 (3 dott+3 ass+2 osp)

8 (3 dott+2 ass+ 1 borsa+2 osp)

8 (3 dott+2 ass+ 1 borsa+2 osp)

Totale 25 25 25

Excellent science Sistema internazionale delle unità Studio preliminare per la realizzazione del campione quantistico di induzione magnetica (risonanza

magnetica nucleare) L’unità di induzione magnetica per bassi valori di campo sarà realizzata attraverso tecniche di risonanza magnetica nucleare. Studio delle instabilità di spin-waves in nanodispositivi magnetici Lo studio del nanomagnetismo (branca delle nanoscienze basata su principi di organizzazione quali il confinamento geometrico, la prossimità e l'auto-organizzazione) è motivato dalla richiesta di magneti permanenti molto intensi e di materiali per la registrazione ad altissima densità e per sensori magnetici e nano-biomagnetici. I principali temi di studio saranno: la dinamica di onde di spin in nano dispositivi magnetici; gli effetti connessi allo spin transfer; l'interazione degli spin elettronici con lo stato di magnetizzazione nelle nanostrutture per applicazioni spintroniche. Modellizzazione degli effetti termici nella dinamica di magnetizzazione e spin transfer in nano strutture

magnetiche Verranno studiate, attraverso modelli teorici e numerici micromagnetici implementati su processori grafici ad alte prestazioni, la dinamica di magnetizzazione non lineare di nanosistemi, le interazioni della magnetizzazione con il trasporto elettronico, il ruolo delle fluttuazioni termiche e le dinamiche caotiche. Le simulazioni basate sul micromagnetismo considereranno processi di magnetotrasporto, dinamiche di magnetizzazione controllati da effetti di spin torque, e processi di pinning/depinning di pareti di dominio. Industrial leadership Ricerca per l’industria

Sensori magneto resistivi I sensori magnetici ad effetto Hall, a magnetoresistenza anisotropica e più recentemente a magnetoresistenza gigante sono utilizzati in un ampio spettro di prodotti industriali automotive, telecomunicazioni e l’elettronica di consumo. In settori in cui sono necessarie sensibilità ancora più spinte quali le biotecnologie ed il settore farmaceutico utilizzano anche i più costosi sensori a magnetoresistenza tunnel, di comune utilizzo nella registrazione magnetica e gli SQUID. In tutti questi ambiti l’utlizzo dei sensori magnetici è in rapido sviluppo ed i sensori necessitano di continui miglioramenti di prestazioni quali la risoluzione spaziale e temporale, affidabilità, dimensioni, rapporto segnale/rumore ed il costo.

Misure a microonda su materiali Per quanto concerne i materiali per microonde sono continuo sviluppo materiali multifunzionali, ad esempio polimerici ed amorfi che inglobano micro e nanoparticolati magnetici in varie proporzioni. Questi materiali possono essere progettati per utilizzi in schermature miniaturizzate oppure per componentistica induttiva o mista capacitiva induttiva fino a frequenze di alcuni GHz.


Nuovi materiali nanostrutturati per il trasporto di carica, spin e manipolazione della dinamica di magnetizzazione:

Studio di dispositivi elettromagnetici basati sulla manipolazione e controllo della carica e dello spin elettronico per applicazioni metrologiche e ICT. Studio dell’effetto di doping e coating in nanoparticelle magnetiche inglobate in matrici solide (zeoliti, sistemi porosi e nano tubi) e disperse in liquidi per applicazioni inkjet printing, catalisi e biomediche

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Studio dell'interazione degli spin elettronici con lo stato di magnetizzazione nelle nanostrutture, per applicazioni alla magneto-elettronica (spintronica) come memorie, dispositivi logici e sensori per comprendere i processi di inversione della magnetizzazione in mezzi strutturati policristallini per applicazioni nella sensoristica e nei dispositivi a memorie magnetiche.

Studi di dinamica di vortici/anti-vortici e misura cicli di isteresi in nanostrutture magnetiche mediante tecnica innovativa con microscopia MFM in campo magnetico.

Generazione, rilievo e modellizzazione di effetti termoelettrici e correnti di spin (effetto Seebeck e spin-Seebeck)

Controllo dello stato di magnetizzazione mediante correnti polarizzate di spin in strutture nanomagnetiche. L'effetto spin-Seebeck ed altri nuovi effetti di spin-torque (spin-orbita, Rashba, spin Hall) saranno studiati in dettaglio. Verrà anche studiata la generazione e la propagazione di onde di spin per stabilire una connessione chiara tra la geometria e le proprietà di scattering delle onde per lo sviluppo di dispositivi magnonici, come filtri sintonizzabili. Societal challenges Energia Preparazione, caratterizzazione e modellizzazione di materiali magnetici funzionali

L’obiettivo di migliorare la sostenibilità nella produzione e nell’utilizzo dell’energia elettrica passa anche dal miglioramento del rendimento energetico dei dispositivi. Ciò comporta lo studio di materiali magnetici dolci con elevata permeabilità e basse perdite di energia, di materiali magnetici duri per la realizzazione di magneti permanenti e di materiali funzionali che accoppiano la variazione di una particolare grandezza fisica al processo di magnetizzazione, quale ad esempio la temperatura (effetto magnetocalorico) o le dimensioni (effetto magnetostrittivo). Salute Preparazione e caratterizzazione di nanoparticelle magnetiche e core-shell funzionalizzate per

applicazioni bio-medicali, tecniche di rilevamento e modellizzazione dei fenomeni di bio-trasporto e di meccanismi di interazione elettrostatica

Con riferimento al secondo tema, si intende fornire un contesto metrologico per la caratterizzazione delle proprietà fisiche, chimiche, morfologiche e strutturali di nano particelle magnetiche funzionalizzate, attraverso la messa a punto di set-up sperimentali specifici, sia in riferimento alla loro applicazione in ambito MRI che per l’ipertermia. Parallelamente, saranno sviluppati modelli ad-hoc finalizzati all'ottimizzazione di sensori di campo magnetico ad alta sensitività per il rilevamento di una singola MNP, allo studio dei fenomeni di biotrasporto in presenza di gradienti di campo magnetico, all'analisi delle interazioni tra MNP ricoperte con opportuni polimeri e sistemi biologici in mezzi fisiologici.

Infine, un ulteriore filone di attività sarà rivolto alla produzione, funzionalizzazione e caratterizzazione di sistemi di nanoparticelle core-shell in oro-silice e multi-shell silice-argento-silice per il drug delivery e per la diagnostica medica. Tra i possibili risultati attesi la possibilità di focalizzare radiazione in nanojets altamente energetici e con risoluzione sub-micrometrica. Ruolo istituzionale come istituto metrologico primario nazionale Riferibilità e disseminazione delle unità SI

Sviluppo della riferibilità delle misure magnetiche in nanostrutture per la sensoristica Studio e caratterizzazione metrologica di sensori per applicazioni industriali automotive e ICT MET-ITALIA Network nazionale delle misure

- Nanometrologia: per lo sviluppo di metodi e riferimenti di misura per la caratterizzazione di nano-dispositivi, basati sulla manipolazione della carica e dello spin elettronico, sul conteggio di elettroni e di quanti di flusso magnetico, e sull’interazione tra spin elettronico e magnetizzazione.

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Divisione Meccanica Responsabile: Mercede Bergoglio


Le attività della divisione – in attuazione del Piano Triennale di Attività 2014-2016 - sono organizzate secondo i seguenti programmi di ricerca:

M1 Massa (resp. W. Bich)

M2 Forza e pressione (resp. A. Germak)

M3 Misure in fluidi (resp. P. Spazzini)

M4 Realizzazione pratica del metro (resp. M. Zucco)

M5 Ingegneria di Precisione (resp. A. Balsamo)

M6 Sistema Internazionale e Costanti Fondamentali (resp. E. Massa) Essi sono finalizzati alla determinazione delle costanti fisiche, allo studio delle proprietà meccaniche dei materiali, allo sviluppo di metodologie e dispositivi per applicazioni nei campi dell'energia, della salute e dell’ambiente. Nel seguito sono sintetizzati gli obiettivi principali secondo le tre linee prioritarie individuate in Horizon 2020 e secondo le priorità nazionali per quanto riguarda il ruolo di Istituto Metrologico Nazionale:


I risultati principali attesi sono relativi a progetti di ricerca e sviluppo istituzionali e a progetti finanziati dalla Comunità Europea. Tutti i progetti - rivolti alla realizzazione di strumentazione o di strutture con caratteristiche di forte innovazione - sono condotti nei laboratori dell’INRIM, con una significativa interazione con partner europei e internazionali.

Excellent science

Obiettivi Strategici Principali Risultati Attesi Progr.


Realizzazione del kilogrammo contando atomi 28Si

Sviluppo di mezzi pratici per la disseminazione del kilogrammo

Misure assolute di frequenza mediante pettine ottico a femtosecondi

M6

M6

M4

Costanti fondamentali Determinazione delle costanti di Planck e Avogadro M6

Fisica, matematica e modelli per la metrologia

Metodi matematici, statistici e numerici per l’analisi dati (anche dinamici), la valutazione dell’incertezza (anche in problemi inversi e di regressione) e la metrologia

Teoria della diffrazione per l’interferometria ottica Modelli elettromeccanici per la bilancia del watt

(misura della costante di Planck) Calcolo delle tensioni e deformazioni superficiali del

silicio da principi primi Verifica di prestazioni (validazione) del software con

valenza metrologica

M1, M6

M6

M6

M6

M5

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Industrial leadership



- Misura del flusso di energia per lo sviluppo di termo-regolatori intelligenti

- Estensione e miglioramento delle scale di forza e pressione

- Revisione dei metodi di taratura, e valutazione dell’incertezza associata, per analizzatori della qualità dell’aria.

- evoluzione del prototipo per la misura di assetto nello spazio

M3

M2

M1

M4

Misura delle proprietà meccaniche di materiali viscoelastici

M2


Guide to the expression of uncertainty in measurement (nuova edizione)

Pubblicazione della EN ISO 14253-5 sull’incertezza del valore di prova di strumenti indicatori sottoposti a verifica di conformità

M1

M5

Societal challenges


Energia

Tecnologie per il monitoraggio energetico dell’ambiente urbano

Metodologie e campioni per misure dimensionali di sistemi di trasmissione ed ingranaggi per impianti ad energia rinnovabile

M3

M5

Ambiente

Misure della temperatura dell’aria su grandi distanze mediante la velocità del suono (M4)

Tecnologie di imaging iperspettrale (M4)

M4

M4

Salute

Rilevatori di radiazione solare UV e miglioramento dell’accuratezza

Dispositivi per microscopia a fluorescenza label-free

M4

M4

Attività di Ricerca – Ruolo NMI

Ruolo di Instituto Metrologico Nazionale



Campione nazionale di Energia Termica Dispositivi per la metrologia dimensionale Campione assoluto per la misura della gravità Estensione delle scale di forza e pressione Campioni di lunghezza d’onda in fibra ottica Tecniche interferometriche per misure di distanza in aria Dispositivi per la riferibilità delle misure d’angolo Campioni primari per portate di gas e acqua Campioni primari di massa, volume e densità Campioni durezza e vibrazione

M3 M5 M2 M2 M4 M5 M5 M3 M1 M3


- Sviluppo della riferibilità delle misure meccaniche

Sviluppo di nuovi sensori

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Programma M1- Massa Responsabile: Walter Bich


TI TD TI TD TI TD Ricercatori e Tecnologi 3 3 2

Tecnici (CT e OT) 2,5 2 2 Tot. 5,5 5 4

Ulteriori risorse umane 0,3 0,7 1 Totale 5,8 5,7 5

Excellent science

Sistema Internazionale delle unità Sviluppo di mezzi pratici per la disseminazione della nuova definizione del kilogrammo (EMRP SIB05) Misura del coefficiente di assorbimento dei campioni di massa Validazione dei metodi per il trasferimento dei campioni di massa in atmosfera, vuoto e gas inerte Fisica, matematica e modelli per la metrologia - Metodi matematici, statistici e numerici per l’analisi dati (anche dinamici), la valutazione dell’incertezza,

anche in problemi inversi e di regressione (con applicazioni aerospaziali) e la metrologia. - Rilascio di software eseguibile per la regressione ai minimi quadrati ordinari, pesati e totali. - Organizzazione di workshop BIPM su incertezza di misura

Industrial leadership Ricerca per l’industria

- Revisione dei metodi di taratura, e valutazione dell’incertezza associata, per analizzatori della qualità dell’aria (Automated air quality Measuring Systems e Continuous Emission Measuring Systems).

Ricerca pre-normativa

- Guide to the expression of uncertainty in measurement (nuova edizione) Societal challenges Ambiente

- Classificazione e modellizzazione degli errori umani come contributo all’incertezza di misura delle analisi chimiche nei settori ambiente e salute.

Ruolo di Istituto Metrologico Nazionale (NMI) Partecipazione a confronti internazionali Coordinamento confronto chiave internazionale per misure di volume Supporto tecnico all’ l’Ente Italiano di Accreditamento (ACCREDIA) Automazione dei sistemi di taratura dei campioni di massa

ATTIVITÀ DI TERZA MISSIONE Attività di formazione - Borsa di addestramento alla ricerca sullo sviluppo di metodi matematici e statistici per la valutazione

dell’incertezza di misura. Stage e tesi di laurea triennale e magistrale.

Servizi conto terzi Attività di consulenza relativa a sviluppo di dispositivi e di sistemi Attività di formazione Mantenimento delle capacità di taratura riconosciute in ambito MRA, estensione delle CMCs per le grandezze nel settore di competenza

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Programma M2- Forza e pressione Responsabile: Alessandro Germak


TI TD TI TD TI TD Ricercatori e Tecnologi 3.2 1 3.2 1 3.2 1

Tecnici (CT e OT) 5 0 5 0 5 0 Tot. 8.2 1 8.2 1 8.2 1

Ulteriori risorse umane 1 1.6 2 Totale 10.2 10.8 11.2

Industrial leadership Ricerca per l’industria Estensione della scala di forza per la riferibilità delle misure industriali nel range dei meganewton (EMRP-

SIB63) Misure di gas desorbiti da campioni di metallo a differenti temperature con l'utilizzo della spettrometria di

massa (sistema migliorato e validato nell'ambito del progetto EMRP-IND12) Completamento di un nuovo sistema ottico per la rivelazione e misura di piccoli flussi di gas di elio

(EMRP IND-12) Completamento del sistema di misura di pressioni veloci (< 3 s) nell'intervallo di pressione 100 kPa e 100

Pa (EMRP IND-12) Presentazione nuovi progetti in ambito EMPIR (sviluppo nuovi standard per la misura della pressione

nell’intervallo da 1 Pa - 1000 Pa e studio delle proprietà meccaniche dei materiali plastici) Tecnologie abilitanti

- Misura delle proprietà meccaniche di materiali viscoelastici (EMRP-IND05) Societal challenges Salute Riferibilità nelle misure tecnologiche innovative per la prevenzione/attenuazione delle conseguenze di

cadute, osteoporosi, perdita autonomia motoria, fratture (Progetto MIUR-NoFall) Ruolo di Istituto Metrologico Nazionale (NMI)

- Miglioramento ed estensione della scala di pressione e partecipazione a confronti - Miglioramento ed estensione della scala di forza (riferibilità interna fino a 5 MN, a completamento del

progetto EMRP-SIB63) - Miglioramento ed estensione delle scale di durezza (durezza Martens) - Miglioramento ed estensione delle capacità di taratura nel settore vibrazione (sismometria) - Miglioramento del gravimetro assoluto trasportabile e conseguente diminuzione dell’incertezza dichiarata

nelle CMC ATTIVITÀ DI TERZA MISSIONE Attività di formazione Stage e tesi di laurea triennale e magistrale. Corsi e seminari per Università e Scuole di formazione sui temi di afferenza del programma Servizi conto terzi Attività di consulenza relativa a sviluppo di dispositivi e di sistemi Mantenimento delle capacità di taratura riconosciute in ambito MRA, estensione delle CMC per le grandezze nel settore di competenza

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Programma M3 - Misure in fluidi Responsabile: Pier Giorgio Spazzini


TI TD TI TD TI TD Ricercatori e Tecnologi 2,7 1 2,2 0.75 1

Tecnici (CT e OT) 2 2 1 Tot. 4.7 1 4.4 0.75 2

Ulteriori risorse umane 4.3 3.5 1 Totale 10 8.65 3

Excellent science

Fisica, matematica e modelli per la metrologia - Rilascio di software eseguibile per la regressione ai minimi quadrati ordinari, pesati e totali.


- Sviluppo di metodologie di taratura per contatori di gas di nuova generazione. - Sviluppo di mezzi pratici per la disseminazione delle misure di portata - Sviluppo di metodologie di trasferimento della riferibilità delle misure di portata di gas a misure sul campo - Studio delle proprietà fisiche dell’acqua sottoraffreddata - Completamento del Mockup per la contabilizzazione del calore a livello domestico

Ricerca pre-normativa

- Guida per la taratura di anemometri (in collaborazione con altri NMI) Societal challenges Energia

- Studio delle proprietà reologiche e misura della densità di fluidi per perforazioni. - Studio delle proprietà termofisiche del Gas Naturale Liquefatto.

Ambiente - Completamento dell’impianto per la taratura di centraline meteo (in collaborazione con Termodinamica).

Salute - Studio degli effetti fluidodinamici complessi sulla distribuzione di cellule e sostanze chimiche nel flusso

sanguigno Ruolo di Istituto Metrologico Nazionale (NMI)

Coordinamento confronto chiave internazionale per misure di densità Partecipazione a confronti internazionali Supporto tecnico all’Ente Italiano di Accreditamento (ACCREDIA) Revisione dei metodi di taratura e tracciabilità per le portate di gas Sviluppo di dispositivi per taratura di strumenti non convenzionali

ATTIVITÀ DI TERZA MISSIONE Attività di formazione

- Dottorato sulla misura di proprietà termofisiche dell’acqua sottoraffreddata.

- Stage e tesi di laurea triennale e magistrale.

Servizi conto terzi

Attività di consulenza relativa a sviluppo di dispositivi e di sistemi

Attività di formazione

Attività di taratura conto terzi Mantenimento delle capacità di taratura riconosciute in ambito MRA

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Programma M4 - Realizzazione pratica del metro Responsabile: Massimo Zucco


TI TD TI TD TI TD Ricercatori e Tecnologi 2.6 2.6 2.6

Tecnici (CT e OT) 2 2 1 Tot. 4,6 3,6 3,6

Ulteriori risorse umane 2 Totale 6.6 3.6 3.6

Excellent science Sistema Internazionale delle unità

-trasferimento a basso rumore della base tempi su fibra ottica da usare come riferimento per il pettine di frequenza e per il trasferimento della portante ottica (in collaborazione con il gruppo tempo-frequenza.

Industrial leadership Ricerca per l’industria -Caratterizzazione di uno spettrometro THz , caratterizzazione del budget dell’incertezza per coefficiente di assorbimento e di rifrazione, misurazione di materiali di riferimento (EMRP NEW07 - THz Security (collaborazione con Elettromagnetismo) - Il sistema per la misura di assetto di satelliti realizzato nel progetto ESA-COATS verrà migliorato al fine di prendere parte ad altri progetti ESA o EMPIR. - L’interferometro ad onda sintetica a 1.5 m verrà modificato al fine di rendere la misurazione della distanza automatica mediante l’uso switch interni e meno dipendente dalla temperatura. Societal challenges Ambiente La tecnica per la misura della temperatura dell’aria su grandi distanze mediante la velocità del suono è stata validata per confronto con termometri e con misure interferometriche ottiche. I risultati verranno pubblicati nel 2014 su rivista. - Applicazione della tecnica di analisi spettrale di immagine alla spettroscopia - Verrà realizzato il banco di misura per lo studio dell’influenza della turbolenza nell’aria nelle misure di distanza ottica in aria. Salute Realizzazione di tecniche di imaging iperspettrale nell’UV per migliorare l’accuratezza dei rilevatori di radiazione solare UV. Verranno confrontate le due tecniche sviluppate, una basata su specchio a calotta sferica e set di filtri passabanda , altra su interferometro FP ( EMRP ENV03) - Continuazione del progetto della Regione Piemonte per lo sviluppo di nuovi dispositivi per microscopia a fluorescenza “label-free”. Ruolo di Istituto Metrologico Nazionale (NMI)

Realizzazione, mantenimento e ricerca incrementale dei campioni basati su laser stabilizzati su transizioni atomiche e molecolari. Sviluppo di nuovi campioni a 1.5 m (EMRP IND14). Tecniche interferometriche per misure di distanza in aria e in vuoto Mantenimento e sviluppo CMC per la misura assolute di frequenza mediante pettine ottico a femtosecondi. Riferibilità e disseminazione delle unità SI :

Disseminazione sperimentale di riferimenti di tempo frequenza e lunghezza d’onda mediante link in fibra ottica, in collaborazione con Ottica

ATTIVITÀ DI TERZA MISSIONE

Attività di formazione Stage e tesi di laurea triennale e magistrale.

Servizi conto terzi Attività di consulenza relativa a sviluppo di dispositivi e di sistemi ,

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Programma M5 - Ingegneria di precisione Responsabile: Alessandro Balsamo


TI TD TI TD TI TD Ricercatori e Tecnologi 5,7 5,7 5,7

Tecnici (CT e OT) 4,2 4,2 4,2 Tot. 9,8 9,8 9,8

Ulteriori risorse umane 1 1 Totale 9,8 10,8 10,8

Excellent science Sistema Internazionale delle unità

- JRP Angle Metrology, sul miglioramento delle misure angolari Fisica, matematica e modelli per la metrologia

- valutazione dell’incertezza, in particolare nella metrologia a coordinate e di processo - Premiale RLG, sulla realizzazione di un nuovo ring laser gyroscope


- JRP LUMINAR, sulla metrologia a coordinate di grandi dimensioni in ambiente non cooperativo - (Proposta EMPIR) SRT-i08 sulla metrologia ottica per controllo in-linea e studio della correlazione tra

parametri morfologici e funzionali (collaborazione con Divisione E); - (Proposta EMPIR) SRT-i09 sulla metrologia di campioni, nanostrutture e dimensioni critiche alla

nanoscala a supporto della nanofabbricazione – (collaborazione con Divisione E). Societal challenges Energia : JRP Drivetrain, sulla metrologia di ingranaggi, campioni ad evolvente ed elica, forma e finitura di geometrie complesse Ambiente

- Collaborazione al progetto FP7 SetNanoMetro (coord. Termodinamica), metrologia di nanoparticelle di TiO2 Ruolo di Istituto Metrologico Nazionale (NMI)

Realizzazione e mantenimento delle unità SI: - Realizzazione di un nuovo campione angolare

Riferibilità e disseminazione delle unità SI : - Mantenimento delle capacità di taratura riconosciute in ambito MRA - Riattivazione delle stazioni di taratura interferometrica dei blocchetti pianparalleli - Messa in qualità del laboratorio di metrologia a coordinate

ATTIVITÀ DI TERZA MISSIONE

Attività di formazione - Stage e tesi di laurea triennale e magistrale - Tutoraggio di un dottorato

Servizi conto terzi - Tarature

Trasferimento tecnologico - Accompagnamento all’implementazione della metodologia brevettata GEMIL (contratto industriale) - Brevetti su strumentazione dimensionale d’interesse industriale

Trasferimento della conoscenza - Conduzione dell’Associazione CMM Club Italia

Normazione tecnica - Partecipazione negli organismi di settore nazionali (UNI-CT TPD-GPS) e internazionali (ISO/TC213)

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Programma M6 – Sistema Internazionale e Costanti FondamentaliResponsabile: Enrico Massa


TI TD TI TD TIRicercatori e Tecnologi 3,2 3 3

Tecnici (CT e OT) Tot. 3,2 3 3

Ulteriori risorse umane 1 1Totale 3,2 4 4

Excellent science Implementazione del sistema SI Coordinamento del Progetto Premiale P6 -Implementazione del sistema SI. Il progetto è organizzato in tre work package: Nuovo kelvin e sua mise-en-pratique: La scala termodinamica di temperatura sarà realizzata e disseminata sulla base della costante di Boltzmann, attraverso I) la radiometria relativa e i punti fissi ad alta temperatura (sopra 1000 °C) e II) la termometria acustica e le scale di pressione di vapore (al di sotto di 1000 °C). Collegamento delle unità elettriche ad h ed e: Saranno sviluppati standard quantistici basati sugli effetti Josephson e Hall per realizzare e disseminare le unità e le scale elettriche di tensione, corrente e impedenza (resistenza e capacità) in termini della carica elementare e della costante di Planck. Conteggio degli atomi di Si e realizzazione del kg: Realizzare la definizione del kilogrammo sulla base di un valore convenzionale della costante di Planck, attraverso un cristallo di 28Si. Le infrastrutture INRIM per l’interferometria X/ottica (misura del parametro reticolare del silicio) e l’analisi per attivazione nucleare (controlli di purezza del cristallo di Si) sono essenziali allo scopo, uniche in ambito internazionale e verranno aggiornate per migliorare la precisione di misura fino a 1,5 nm/m e 1 ng/g. Costanti fondamentali Coordinamento del progetto di ricerca europeo (EMRP SIB03)Determinazione delle costanti di Planck e Avogadro con incertezze relative minori di 5 x 10-8 e 2 x 10-8. Le attività comprendono anche il miglioramento dell’apparato sperimentale per la determinazione del parametro reticolare del cristallo 28Si con incertezza di misura relativa entro 1.5 x 10-9

Fisica, Matematica, Modellistica e ICT a supporto della metrologiaAnalisi dati e stima degli errori sistematici nella misura delle costanti di Avogadro e Planck Studio degli effetti di superficie nella misura del parametro reticolare dei cristalli di silicio Applicazione della teoria della diffrazione per indagare gli errori di interferometri laser di alta precisioneATTIVITÀ DI TERZA MISSIONE Attività di formazione Stage e tesi di laurea triennale e magistrale. Corsi e seminari per Università e Scuole di formazione sui temi di afferenza del programma

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Divisione Ottica Responsabile: Maria Luisa Rastello


La Divisione sviluppa competenze scientifiche, tecnologie, e capacità di misura, nell’ambito dei campioni atomici per le grandezze del tempo e della frequenza, la scala di tempo italiana, la navigazione satellitare, le grandezze della fotometria e della radiometria nell’intervallo di frequenze dello spettro elettromagnetico dalle microonde alle radiazioni ottiche, e l’ottica quantistica.

L’attività della divisione Ottica si svolge nei seguenti 5 programmi

O1: Campioni di frequenza (F. Levi) O2 : Algoritmi e scale di tempo (P. Tavella) O3: Fotometria e Radiometria (G. Brida) O4: Ottica quantistica (M. Genovese) O5: Mantenimento e disseminazione (M.L. Rastello)

Nel seguito sono sintetizzati gli obiettivi principali secondo le tre linee prioritarie individuate in Horizon 2020 e secondo le priorità nazionali per quanto riguarda il ruolo di Istituto Metrologico Nazionale:



Excellent science


Implementazione del nuovo sistema SI

Caratterizzazione orologio ottico all’Itterbio

Studio sull’uso di stati quantistici in orologi e sensori atomici

Realizzazione di misure ad alta accuratezza mediante link in fibra ottico

Studio della mise-en-pratique della candela mediante rivelatore predicibile

Realizzazione di sorgenti a singolo fotone efficienti e compatte per la metrologia ed il calcolo quantistico.

O1

O1

O1

O3

O4


Realizzazione di rivelatori Nano-Tes per il conteggio di fotoni

Sviluppo di sorgenti di luce non classica per osservazioni sub-shot noise

O3 O4

Fisica, Matematica, Modellistica e ICT a supporto della metrologia

Studio e modellizzazione di interferometri quantistici ad alta sensibilità che utilizzano luce non classica per test di fisica fondamentale

O4

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Sviluppo di un prototipo orologio Rb in cella ad elevata stabilità.

Miglioramento della qualità e dell’incertezza delle misure di gonioriflettometria multidimensionale.

Messa a punto di nuove tecniche di misura per la validazione della QKD

O1

O3

O4

Sistema di navigazione europeo

Validazione degli orologi satellitari e della scala di tempo terrestre per il sistema di navigazione Galileo

O2

Societal challenges


Energia Sviluppo di linee guida e campioni di misura per lo

sviluppo dei sistemi di illuminazione a stato solido ad alta efficienza energetica

O3

Ambiente Sviluppo e validazione metrologica di sensoristica per monitoraggio climatico remoto da satellite

O3

Salute Rilevatori di radiazione solare UV O3

Ruolo di Istituto Metrologico Nazionale



Tarature di UTC(IT) e TAI mediante il campione primario a fontana di Cesio criogenia

Realizzazione e miglioramento della scala di tempo UTC(IT)

Campioni per la fotometria e la radiometria di rivelatori e materiali

Nuovi rivelatori di fotoni e nuove sorgenti di luce

O1

O2

O3

O4


Tecniche di sincronizzazione a distanza di scale di tempo

Disseminazione sperimentale di riferimenti di tempo frequenza e lunghezza d’onda mediante link in fibra ottica

Disseminazione della scala di tempo UTC(IT) anche mediante NTP e segnale RAI

Disseminazione unità di misura per le grandezze della visione: intensità luminosa, illuminamento, flusso luminoso, luminanza, esposizione luminosa, temperatura di distribuzione, colore in trasmissione

Disseminazione campioni di potenza radiazione visibile, potenza radiazione in fibra ottica, sensibilità spettrale, trasmissione regolare e diffusa, riflessione regolare

O2

O5

O5

O5

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Attività di Terza Missione


Attività di taratura e prova

Certificazione tecnica per le attività di taratura e prova

Attività di mantenimento del Sistema Qualità (audit interni, sviluppo di procedure di taratura e prova, mantenimento delle CMCs)

O5 O5

O5

Supporto all’accreditamento dei laboratori di taratura

Supporto tecnico all’ l’Ente Italiano di Accreditamento (ACCREDIA)

Confronti di misura nazionali

Supporto all’attività di ACCREDIA nell’ambito dell’accordo internazionale EA-MLA e ILAC-MRA

Mantenimento e sviluppo della rete di laboratori accreditati come centri di taratura

O5

Trasferimento tecnologico Attività di consulenza tecnico-scientifica e di

formazione

Predisposizione di guide tecniche

O5

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Programma O1 – Campioni di frequenza Responsabile: Filippo Levi


TI TD TI TD TI TD Ricercatori e Tecnologi 4,3 4,3 2,0 4,1 2

Tecnici (CT e OT) 2,0 0,7 2,0 0,3 2 Tot 6,3 0,7 6,3 2,3 6,1

Ulteriori risorse umane 3,7 1,7 3

Totale 10,7 10,3 11,1

Excellent science

Implementazione del nuovo sistema SI Caratterizzazione orologio ottico all’Itterbio E’ in fase di sviluppo un orologio ottico basato su una trappola di dipolo di atomi neutri di Itterbio. Poiché il primo dispositivo sperimentale utilizzato per osservare gli atomi freddi ha mostrato importanti limitazioni, è stato realizzato un nuovo sistema. In esso sono stati osservati atomi di Yb intrappolati mediante doppia MOT e caricati in un lattice ottico. Attualmente si sta completando la sorgente laser ultralow-noise a 578 nm per effettuare la spettroscopia della transizione di orologio. Entro fine anno è attesa la piena operatività del sistema e di poter compiere una prima misura assoluta di frequenza rispetto alla fontana di Cesio. Realizzazione di misure ad alta accuratezza mediante link in fibra ottico La sincronizzazione remota mediante fibra ottica (a livelli di accuratezza precedentemente irraggiungibili) permetterà di realizzare nuovi esperimenti. Un collegamento tra INRIM, INAF-IRA (Bo) e LENS (Fi) è stato realizzato nel 2013; un secondo verrà realizzato tra INRIM e il Laboratoire Souterrain de Modane (LSM). Il link esistente sarà utilizzato per: migliorare il riferimento di frequenza del radiotelescopio di Medicina (misure VLBI); fornire un riferimento di frequenza al LENS per misure spettroscopiche di alta precisone su campioni di molecole fredde e la misura del rapporto me/mp e della sua stabilità temporale. Il link con il LSM sarà utilizzato per esperimenti di geodesia relativistica, confrontando la frequenza di un orologio ottico trasportabile posizionato presso il LSM con quella dell’orologio dell’INRIM. Questo esperimento permetterà di verificare predizioni di red-shift gravitazionale e di misurare le fluttuazioni locali del potenziale gravitazionale dovute ad effetti giornalieri (maree) e stagionali (presenza del manto nevoso).

Studio sull’uso di stati quantistici in orologi e sensori atomici Uno dei limiti attuali alla stabilità degli orologi ottici proviene dalla presenza dei tempi morti necessari alla preparazione degli atomi negli stati quantistici utilizzati per le misure spettroscopiche. Questi stati infatti vengono distrutti nella fase di rivelazione, richiedendo quindi di essere ricreati ad ogni ciclo di misura. Una soluzione consiste nell’utilizzo di tecniche di rivelazione quantistiche non demolitive che permettono di rivelare le proprietà dello stato atomico senza distruggerlo, ma a scapito di un peggior rapporto segnale/rumore. La soluzione consiste nell’utilizzo di sorgenti di luce non classiche, che sono state dimostrate efficaci nel migliorare il rapporto segnale/rumore, al fine di migliorare la stabilità degli orologi ottici. Industrial leadership

Ricerca per l’industria Sviluppo di un prototipo orologio Rb in cella ad elevata stabilità A partire dal prototipo funzionante di un orologio a pompaggio ottico di una cella con vapori di rubidio sviluppato per l'ESA, un ulteriore sviluppo è in fase di attuazione al fine di migliorare la stabilità a breve termine al di sotto di 1 x 10-13 a 1s, e per controllare meglio la deriva di frequenza a lungo termine.


Realizzazione e mantenimento delle unità SI Tarature di UTC(IT) e TAI mediante il campione primario a fontana di Cesio criogenia Sono previsti confronti estensivi tra IT Cs F2 e le fontane NIST al fine di verificarne l’accuratezza, la misura assoluta dello shift dovuto alla radiazione da corpo nero, e misure di taratura di TAI

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Programma O2: Algoritmi e Scale di tempo Responsabile: Patrizia Tavella


TI TD TI TD TI TD Ricercatori e Tecnologi 308 3 3

Tecnici (CT e OT) 0,5 2 0,5 2 0,5 Tot 3,58 3,5 3,5

Ulteriori risorse umane 1 1 0,5

Totale 6.58 6.5 4

Articolazione del programma Industrial leadership

Sistema di navigazione europeo

Validazione degli orologi satellitari e della scala di tempo terrestre per il sistema di navigazione Galileo Da 15 anni INRIM è fortemente coinvolto nelle attività di sincronizzazione del sistema europeo di navigazione Galileo. Attualmente è stata sviluppata e installata la Time Validation Facility, con il duplice scopo di convalidare il comportamento di tutti gli orologi nello spazio e a terra e di controllare che il segnale di tempo Galileo sia nel dovuto accordo con la scala internazionale UTC. Tale attività di validazione continua anche nell’ambito “Galileo System Support” nel periodo 2014-2015 in preparazione ai Galileo Early Services (contratti ESA / THALES). Saranno sviluppati algoritmi di rivelazione anomalie e monitoring in tempo quasi reale in preparazione ai Galileo Early Services, e saranno sperimentati nuovi metodi di time transfer e disseminazione con il segnale Galileo. Gli algoritmi adatti al monitoring degli orologi di bordo e della scala di tempo di Galileo devono mantenere la loro sincronizzazione con la scala di tempo internazionale UTC. Ruolo di Istituto Metrologico Nazionale


Realizzazione e miglioramento della scala di tempo UTC(IT) La generazione del campione italiano di tempo, UTC(IT), richiede miglioramenti in termini di affidabilità e robustezza per far fronte alle sempre più esigenti richieste dalla comunità metrologica di riferimento, e alle applicazioni ad alta tecnologia connesse al sistema europeo di navigazione. A questo scopo la scala di tempo generata dai Maser verrà integrata con un sistema ridondante che prevede l’utilizzo del campione primario di frequenza e una valutazione della scala media di tutti gli oscillatori al cesio e maser disponibili in modo da renderla ancora più accurata, stabile e robusta. Nel 2014 verrà realizzato un sistema duplice di generazione della scala che assicuri ridondanza e affidabilità e sarà sperimentato un nuovo algoritmo per il calcolo scala media che include tutti gli orologi commerciali, il campione primario e il calcolo del BIPM di UTC rapido


Tecniche di sincronizzazione a distanza di scale di tempo Il confronto tra le scale di tempo e i campioni di diversi paesi richiede lo sviluppo di tecniche di sincronizzazione a distanza capaci di misurare l’andamento dei campioni con elevata accuratezza e con tempi di latenza sempre più ridotti. A tal fine si continueranno gli studi delle tecniche geodetiche con il Precise Point Positioning e si svilupperà, insieme all’Osservatorio Reale del Belgio, un sistema automatico di monitoring delle scale di tempo disponibile in tempo quasi reale e con elevata precisione.

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Programma O3 – Fotometria e Radiometria Responsabile: Giorgio Brida


TI TD TI TD TI TD Ricercatori e Tecnologi 4,9 1,5 4,9 1,5 5,1 1,5

Tecnici (CT e OT) 1,9 1,9 1,9 Tot 6,8 1,5 6,8 1,5 7 1,5

Ulteriori risorse umane 2 2 1

Totale 10,3 10,3 9,5

Excellent science

Implementazione del nuovo sistema SI Studio della mise-en-pratique della candela mediante rivelatore predicibile INRIM ha contribuito alla progettazione e realizzazione del prototipo di un rivelatore a efficienza quantica predicibile (PQED). Si intende progettare una nuova e migliorata versione del PQED da convalidare come campione primario. Metrologia quantistica

Realizzazione di rivelatori Nano-Tes per il conteggio di fotoni I sensori TES sono rivelatori intrinsecamente in grado di risolvere il numero di fotoni. Riducendo l'area attiva di tale rivelatore al di sotto di 10-12 m2, si può passare da TES convenzionali a nano-TES. Il vantaggio atteso è di migliorare il tempo di risposta del rivelatore, attualmente il fattore limitante di un TES convenzionale, e di ottenere un rivelatore adatto per l'integrazione in sistemi NEMS


Ricerca per l’industria Miglioramento della qualità e dell’incertezza delle misure di gonioriflettometria multidimensionale Il progetto consentirà di ridurre il tempo di misura e l'incertezza, oltre a rafforzare la riferibilità delle misure di effetti come goniocromatismo, brillantezza e fluorescenza. Del risultato di questo progetto beneficerà il controllo di qualità, per esempio della carrozzeria di un'automobile Societal challenges Energia Sviluppo di linee guida e campioni di misura per lo sviluppo dei sistemi di illuminazione a stato solido ad alta efficienza energetica L’illuminazione a stato solido utilizza diodi emettitori di luce (LED) per produrre luce, ed è fino a dieci volte più efficiente rispetto alle sorgenti tradizionali. Il progetto sosterrà l'attuazione dell’illuminazione a stato solido in tutta Europa con la convalida di nuove linee guida e campioni di misura. Ambiente Sviluppo e validazione metrologica di sensoristica per monitoraggio climatico remoto da satellite Le osservazioni globali dell'atmosfera terrestre, degli oceani e della superficie terrestre dallo spazio sono di vitale importanza per lo studio dei cambiamenti climatici e l'attuazione efficace delle misure di mitigazione da parte dei responsabili politici. Le misurazioni effettuate dallo spazio devono essere tracciabili e coerenti per permettere il confronto con i dati raccolti da altre fonti, ad esempio, da stazioni di monitoraggio sulla Terra, e formare un quadro completo. Questo progetto svilupperà nuovi standard e convaliderà i sensori utilizzati nei satelliti in modo che le misure dei parametri climatici possano essere realizzate nello spazio. Salute Rilevatori di radiazione solare UV La radiazione solare ultravioletta (UV) può produrre sostanze nell'atmosfera che possono indurre cambiamenti dell’ambiente. I metodi di misurazione attuali hanno incertezze di circa il 5% che sono troppo elevate per rilevare le variazioni e per modellare le tendenze future. Questo progetto mira a sviluppare nuovi metodi e strumenti per ridurre i livelli di incertezza al 2%. Ruolo di Istituto Metrologico Nazionale Realizzazione e mantenimento delle unità SI Campioni per la fotometria e la radiometria di rivelatori e materiali

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Programma O4 – Ottica quantistica Responsabile: Marco Genovese


TI TD TI TD Ricercatori e Tecnologi 4 3,9 4 4,5 4 4,5

Tecnici (CT e OT) 0,5 0,5 0,5 Tot 4,5 3,9 4,5 4,5 4,5 4,5

Ulteriori risorse umane 1,2 1,2 1,2

Totale 9,6 10,2 10,2

Excellent science

Implementazione del nuovo sistema SI

Realizzazione di sorgenti a singolo fotone efficienti e compatte per la metrologia ed il calcolo quantistico. La disponibilità di sorgenti di singolo fotone di alta efficienza è un requisito fondamentale per applicazioni della meccanica quantistica alla comunicazione, al calcolo e alla metrologia. Saranno quindi sviluppate e caratterizzate sorgenti di singolo fotone efficienti e compatte.


Sviluppo di sorgenti di luce non classica per osservazioni sub-shot noise Sarà realizzata una sorgente basata sulla Parametric Down Conversion allo scopo di osservare oggetti microscopici al di sotto del limite dello shot noise e di eseguire il rilevamento di un obiettivo in presenza di rumore preponderante. INRIM realizzerà anche una sorgente ad alta intensità di luce squeezed mediante vapori di Cesio per applicazioni di quantum imaging.

Fisica, Matematica, Modellistica e ICT a supporto della metrologia Studio e modellizzazione di interferometri quantistici ad alta sensibilità che utilizzano luce non classica per test di fisica fondamentale. Specifici modelli matematici saranno sviluppati per studiare e progettare interferometri ottici di altissima sensibilità, illuminati da stati ottici quantistici, necessari a verifiche di teorie delle gravità quantistica. Industrial leadership

Ricerca per l’industria Messa a punto di nuove tecniche di misura per la validazione della QKD La distribuzione di chiavi quantistiche (Quantum Key Distribution – QKD) è in grado di migliorare sensibilmente la sicurezza dei dati memorizzati, trasferiti e accessibili attraverso reti di computer. La caratteristica unica di QKD è che garantisce la non intercettazione della chiave crittografica. Estremamente efficace in teoria, non esiste un metodo accettato per dimostrare la robustezza delle sue implementazioni pratiche. L’obiettivo è di mettere a punto nuove tecniche di misura per convalidare l'utilizzo pratico di QKD.


Realizzazione e mantenimento delle unità SI Nuovi rivelatori di fotoni e nuove sorgenti di luce

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Programma O5 – Mantenimento e disseminazione Responsabile: Maria Luisa Rastello


TI TD TI TD TI TD Ricercatori e Tecnologi 2,5 1,4 1,4

Tecnici (CT e OT) 2,8 2,8 2,8 Tot. 5,3 4,2 4,2

Ulteriori risorse umane 0,2 0,2 0,2

Totale 5,5 4,4 4,4



Disseminazione sperimentale di riferimenti di tempo frequenza e lunghezza d’onda mediante link in fibra ottica

Disseminazione della scala di tempo UTC(IT) anche mediante NTP e segnale RAI

Disseminazione unità di misura per le grandezze della visione: intensità luminosa, illuminamento, flusso luminoso, luminanza, esposizione luminosa, temperatura di distribuzione, colore in trasmissione

Disseminazione campioni di potenza radiazione visibile, potenza radiazione in fibra ottica, sensibilità spettrale, trasmissione regolare e diffusa, riflessione regolare

Attività di Terza Missione

Attività di taratura e prova

Certificazione tecnica per le attività di taratura e prova Attività di disseminazione della riferibilità attraverso la taratura di strumenti impiegati come campione di riferimenti nei Centri accreditati del Sistema Nazionale di Taratura e nei laboratori industriali.

Attività di mantenimento del Sistema Qualità (audit interni, sviluppo di procedure di taratura e prova, mantenimento delle CMCs) Supporto al Sistema di qualità INRIM, volto a operare in conformità alla norma IEC 17025.:2005 attraverso audit interni, sviluppo di procedure di taratura, mantenimento delle CMCs) e taratura dei campioni interni alle divisioni dell’INRIM

Supporto all’accreditamento dei laboratori di taratura

Supporto tecnico all’ l’Ente Italiano di Accreditamento (ACCREDIA) Supporto all’attività di accreditamento svolto da ACCREDIA attraverso attività di valutazione tecnica di tipo documentale e sul campo (mantenimento e nuovi accreditamenti) di Centri LAT del Sistema Nazionale di Taratura (SNT). Attività di consulenza tecnico-scientifica volta alla formazione degli ispettori tecnici e alla predisposizione di guide tecniche ACCREDIA. Supporto nelle attività tecniche nella riunione annuale dei Centri Accreditati

Confronti di misura nazionali Organizzazione di confronti di misura nazionali per la grandezza di tempo rivolti principalmente ai Centri accreditati in fase di primo accreditamento o rinnovo.

Supporto all’attività di ACCREDIA nell’ambito dell’accordo internazionale EA-MLA e ILAC-MRA

Mantenimento e sviluppo della rete di laboratori accreditati come centri di taratura

Trasferimento tecnologico

Attività di consulenza tecnico-scientifica e di formazione

Predisposizione di guide tecniche

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Divisione Termodinamica Responsabile: Vito Fernicola


Le attività della Divisione – in attuazione del Piano Triennale di Attività 2014-2016 - sono organizzate secondo tre programmi di ricerca. Essi sono finalizzati alla determinazione delle costanti fisiche, allo studio delle proprietà termodinamiche, acustiche e chimiche delle sostanze e dei materiali, allo sviluppo di metodologie e dispositivi per applicazioni nei campi della salute e dell’ambiente. I programmi sono i seguenti:

T1 – Metrologia termica (M. Battuello) T2 – Acustica e ultrasuoni (R. Gavioso) T3 – Quantità di sostanza (A. M. Rossi)

Nel seguito sono sintetizzati gli obiettivi principali secondo le tre linee prioritarie individuate in Horizon 2020 e secondo le priorità nazionali per quanto riguarda il ruolo di Instituto Metrologico Nazionale:



Excellent science



Realizzazione del kelvin mediante la costante di Boltzmann

Realizzazione delle unità SI per la biologia

T1, T2

T3

Costanti fondamentali Determinazione della constante di Boltzmann T2




Metodi multi-spettrali per misure di alte temperature

Proprietà termiche di superfici ingegnerizzate

Metodi calorimetrici per la caratterizzazione di materiali innovativi

Trattamento ultrasonico della cellulosa per l’industria cartaria

Analisi delle superfici

T1

T1

T2

T2

T3


Nuove metodologie di microscopia multimodale NLO per bio-imaging

Standardizzazione delle proprietà chimico-fisiche e dimensionali del TiO2

T3

T3

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Societal challenges


Energia

Tecnologie per il monitoraggio energetico dell’ambiente costruito

Proprietà termofisiche di biocarburanti e gas naturale liquefatto

T1

T2

Ambiente

Riferibilità per la metereologia e il clima

Misure ec ampioni per la salinità e acidità degli oceani

Metodi di analisi e sensori per gli inquinanti dell’aria

T1

T2

T3

Salute

Dispositivi e metodi nel campo della terapia medica basata sull’utilizzo di ultrasuoni

Campioni e metodi di misura per la medicina rigenerativa

Sviluppo di nuovi materiali dosimetrici per radiazioni ionizzanti

T2

T3

T3

Agroalimentare

Sensori per l’analisi degli alimenti

Metodi di misura per l’analisi degli alimenti

Tecnologie innovative per il trattamento degli alimenti

Agricoltura di precisione

T3

T3

T2

T1

Ruolo di Instituto Metrologico Nazionale



Mise-en-pratique del kelvin

Sviluppo di metodo di taratura riferibili alla temperatura termodinamica

Nuovi campioni primari per termometria e igrometria

Campioni e medoti di riferimento per l’umidità nei materiali

Campione priamrio di presione acustica

Campione primario di potenza ultrasonora

Campioni gassosi e materiali di riferimento in chimica

Campioni primari per elementi chimici impegnativi

Metodi di riferimento e campioni per l’analisi di cellule, tessuti, acidi nucleici e proteine

T1

T1, T2

T1

T1

T2

T2

T3

T3

T3


Nuove tecniche per la riferibilità dei campioni di temperatura

Campioni di trasferimento della potenza acustica

Metodi di misura in situ di indici di campi ultrasonori

T1

T2

T2

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Programma T1 – Metrologia termica Responsabile: Mauro Battuello


Pers. strutturato TI TD TI TD TI TD Ricercatori e Tecnologi 4.8 1.0 5.3 1.0 5.3 1.0

Tecnici (CT e OT) 6.8 2.1 6.8 2.8 6.8 2.8 Tot 11.6 3.1 12.1 3.8 12.1 3.8

Ulteriori risorse umane 2.7 4.0 4.0 Totale 17.4 19.9 19.9

Excellent science Realizzazione del kelvin mediante la costante di Boltzmann INRIM, attraverso la partecipazione ai progetti Premiale P6 e EMRP SIB01-InK, contribuirà all’implementazione della prossima definizione del kelvin che sarà basata sull'attribuzione di un valore esatto alla costante di Boltzmann kB. La nuova definizione avrà effetti in particolare ad alta temperatura con la possibilità di realizzare e disseminare direttamente la temperatura termodinamica anziché T90 attraverso la Scala Internazionale di Temperatura (STI-90). Il Comité Consultatif de Termométrie (CCT) incoraggia l’uso di metodi radiometrici e dei nuovi punti fissi eutettici metallo-carbonio. In INRIM si adotteranno tecniche radiometriche di tipo relativo per la realizzazione di Scale di Temperatura Termodinamiche ad alta temperatura. Nell’ambito del progetto InK, L'INRiM ha il compito di coordinare lo sforzo internazionale rivolto a ottenere determinazioni sperimentali di T - T90 tra 1 K e 1000 K con incertezze ridotte. Determinazione della costante di Boltzmann INRiM collabora con la 2a Università di Napoli, fornendo contributi di metrologia termica in supporto a una tecnica spettroscopica per la determinazione della costante di Boltzmann basata sulla misura dell'allargamento Doppler. Industrial leadership Metodi multi-spettrali per misure di alte temperature Nell’ambito del progetto EMRP-HiTeMS INRIM investiga metodi multispettrali nelle regioni spettrali UV-VIS e NIR fino a 0,95 um per la misura di temperatura di superfici con caratteristiche di emissione spettrale sconosciuta. E’ stato realizzato un sistema di misura altamente flessibile che verrà utilizzato per un confronto di misure di temperatura e emissività da effettuarsi con altri NMI partecipanti al progetto HiTEMS (VSL, SMU, CMI). Le caratteristiche di flessibilità dell’apparato di misura realizzato consentiranno un’analisi dettagliata dei vari fattori di influenza, sia spettrali sia elettronici, che determinano l’incertezza di misura dei sistemi spettrometrici con rivelatori ad array lineare o matrici di elementi. Proprietà termiche di superfici ingegnerizzate Il progetto EMRP-MADES fornirà strumenti per migliorare la metrologia delle superfici ingegnerizzate e nanostrutturate. Una delle sfide metrologiche riguarda la misurazione della temperatura nel punto di contatto di usura tra superfici. L'INRIM è WP leader per gli studi e la caratterizzazione termica in situ, lo sviluppo di tecniche di misura e sensori integrati a fibra ottica e l’imaging termico a IR. Metodi calorimetrici per la caratterizzazione di materiali innovativi Questo tema di ricerca è dedicato alla caratterizzazione di materiali innovativi attraverso misure calorimetriche. A seconda delle necessità si potrà impiegare un prototipo di calorimetro adiabatico modulato, progettato e realizzato all’INRiM per offrire le migliori prestazioni nella misura del calore specifico in fase singola, oppure di un calorimetro a scansione differenziale (DSC) per le misure in fase multipla e in transizioni di fase, per temperature comprese nell’intervallo tra 220 K e 800 K a pressione atmosferica. I prossimi miglioramenti prevedono di dotare il calorimetro adiabatico di una camera di misura capace di operare con gas flussanti e fluidi fino a medie pressioni (40 MPa). Societal challenges

Tecnologie per il monitoraggio energetico dell’ambiente costruito

Realizzazione del campione nazionale per la taratura di sensori di flusso termico (HFM) che sono impiegati nelle attività di misura della trasmittanza termica degli involucri edilizi opachi nell’ambito della diagnosi energetica. - Confronto tra metodi per la determinazione della conduttanza termica di involucri edilizi (a calcolo, per via

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sperimentale in campo e in laboratorio) per validarne il processo di misurazione in campo - Supporto tecnico nelle attività di realizzazione di un banco di prova per la validazione di tecnologie per il monitoraggio dei consumi energetici. (7° PQ Ecothermo) e nello sviluppo del campione nazionale di energia termica (progetto regionale – H2Q). Riferibilità per la metereologia e il clima La riferibilità delle misure riguardanti il cambiamento climatico ha come obiettivi: misure di temperatura in aria e in quota, pressione, umidità, velocità e direzione del vento, radiazione solare, . I progetti EMRP ENV07 MeteoMet e ENV58 MeteoMet2, entrambi coordinati dall’INRiM, forniranno misurazioni meteorologiche validate a livello europeo, grazie all’esperienza e ai risultati attesi dal consorzio di 18 paesi coordinato dall’INRIM. L’INRIM è coinvolto nello sviluppo di procedure di taratura campioni di laboratorio per l’umidità nella troposfera e in situ per sensori PTU per stazioni meteorologiche automatiche. Altre attività di rilievo riguarderanno termometria per la misura di temperatura in superficie del mare e in profondità oceaniche, i sensori di temperatura e umidità per palloni sonda e a bordo di aerei meteorologici, studio di metodi di misure e riferibilità per temperatura di strati di permafrost, condizioni di albedo ed influenza sui sensori meteorologici,valutazione incertezze di posizionamento di sensori meteorologici a terra rispetto alle raccomandazioni WMO/CIMO. La messa in funzione della camera climatica con generazione di vento risulterà un elemento peculiare a carattere europeo delle attività in metrologia per la meteorologia, cui l’INRiM si candida come European Metroloy Center. Leadership del “task group environment” EURAMET, membership di ISTI, GRUAN, CIMO ET Standardisation. Agricoltura di precisione Nell’ambito dell’agrometeorologia, sustainable agricolture, l’INRIM proseguirà i suoi lavori in collaborazione con diversi Istituti, principalmente CNR al fine di consolidare le tecniche di riferibilità dei dati acquisiti con strumentazione in campo. Temperatura e umidità dell’aria, irraggiamento, intensità del vento, umidità del terreno, saranno tutti parametri soggetti di attente analisi metrologiche che riguarderanno definizione di procedure di taratura dedicate, valutazione di incertezze di taratura e misura. Alla migliore qualità dei dati saranno associati studi sulla validazione dei modelli di sviluppo patogeno in colture agroalimentari al fine di valutarne margini di riduzione di trattamenti, con conseguenti benefici di costi. Ruolo NMI Mise-en-pratique del kelvin L’attività sui campioni in Termometria si pone obiettivi coerenti con le Roadmaps EURAMET e con quanto definito in ambito CCT. La Scala Internazionale di Temperatura (STI-90) viene realizzata in tutti i suoi campi (scale criogeniche e a temperature intermedie, scale per radiazione) tra 13 K e 2500 K. E' in corso il Confronto Chiave CCT-K9 (SPRT fra 84 K e 690 K), e sta per avviarsi il Confronto Regionale associato al CCT-K9. Prosegue l’attiva partecipazione alle attività degli organismi metrologici (CCT, EURAMET, IMEKO) e normativi (IEC) internazionali, nonché a quelli nazionali. Sviluppo di metodi di taratura riferibili alla temperatura termodinamica L'obiettivo è quello di sviluppare un apparato e un metodo semplificato, basati sulle tecniche acustiche di termometria primaria, per fornire riferibilità diretta alla temperatura termodinamica nella taratura di termometri campione a resistenza di platino (SPRT). Nuovi campioni primari per termometria e igrometria Nuovi punti fissi e punti di riferimento sono in fase di sviluppo (punto Xe, a circa 161 K, e transizione solido-solido di ossigeno, a circa 24 K e 43 K). E’ in corso un contratto di ricerca con TIPC (Cina) per la fornitura di celle criogeniche di punti fissi e criostati sviluppate in INRIM. Continuano le indagini sui punti fissi eutettici metallo-carbonio ad alta temperatura da utilizzare come campioni primari. Un generatore di umidità termodinamico è in fase di sviluppo al fine di estendere la scala di temperatura di rugiada/brina fino a -100 ° C (frazione molare <20 ppbv) a pressioni sub-atmosferiche. Campioni e metodi di riferimento per l’umidità nei materiali INRIM contribuisce al progetto EMRP SIB64 METefnet per lo sviluppo dell’infrastruttura, dei campioni e delle metodologie di riferimento della moisture in mezzi solidi, liquidi e porosi, e per la misura di proprietà di bulk e di superficie. INRIM è WP leader della simulazione e modellistica e dell’identificazione dei modelli di incertezza di misura. Nuove tecniche per la riferibilità dei campioni di temperatura INRIM guida il WP5 del progetto EMRP SIB10 NOTED che include, da parte INRiM, la caratterizzazione e la funzione di riferimento di termocoppie Au/Pt; lo sviluppo di elettronica per il controllo della temperatura, nuovi amplificatori di temperatura e nuovi termometri dielettrici. Verranno effettuati studi della non-unicità a temperature fra i punti fissi, al fine di identificare la non-unicità di tipo 3 che deriva dal fatto che le caratteristiche fisiche non ideali dei termometri resistenza campione non sono incorporate nelle equazioni di interpolazione. Ulteriori attività del progetto riguardano la messa in funzione di termometri cosiddetti a whispering gallery, termometri acustici pratici per la taratura di termometri standard a stelo e capsula, studio di procedure standard per la taratura di termometri campione a capsula.

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Attività di Terza Missione Servizi conto terzi Certificazione tecnica per le attività di taratura. Attività di disseminazione della riferibilità attraverso la

taratura di termometri impiegati come campione di riferimenti nei Centri accreditati del Sistema Nazionale di Taratura e nei laboratori industriali.

Attività di mantenimento del Sistema Qualità Supporto al Sistema di qualità INRIM, volto a operare in conformità alla norma IEC 17025.:2005 attraverso audit interni, sviluppo di procedure di taratura, mantenimento delle CMCs) e taratura dei campioni interni alle divisioni dell’INRIM.

Supporto all’accreditamento dei laboratori di taratura Supporto tecnico all’Ente italiano di Accreditamento (ACCREDIA) Supporto all’attività di accreditamento

svolto da ACCREDIA attraverso attività di valutazione tecnica di tipo documentale e sul campo (mantenimento e nuovi accreditamenti) di Centri LAT del Sistema Nazionale di Taratura (SNT). Attività di consulenza tecnico-scientifica volta alla formazione degli ispettori tecnici e alla predisposizione di guide tecniche Accredia. Supporto nelle attività tecniche nella riunione annuale dei Centri Accreditati.

Confronti di misura nazionali. Organizzazione di confronti di misura nazionali per la grandezza di temperatura rivolti principalmente ai Centri accreditati in fase di primo accreditamento o rinnovo.

Normazione tecnica Attraverso la presidenza WG2del CIPM / CCT, INRIM coordinerà la stesura del "Blue book", sulle

tecniche per la misura di temperatura. Questa pubblicazione ufficiale BIPM conterrà raccomandazioni per l'uso di termometri secondari, le loro capacità, le migliori pratiche per l'uso e le procedure di taratura. Opportune procedure di taratura saranno inoltre studiate e proposte alle istituzioni di meteorologia e climatologia per la riferibilità delle misure meteo e climatiche.

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Programma T2 – Acustica e ultrasuoni Responsabile: Roberto Gavioso


Pers. strutturato TI TD TI TD TI TD Ricercatori e Tecnologi 6,80 1,40 6,20 1,40 6,20 1,40

Tecnici (CT e OT) 2,50 2,50 2,50 1,00 Tot 9,30 1,40 8,70 1,40 8,70 2,40

Ulteriori risorse umane 4,15 4,15 4,15 Totale 14,85 14,25 15,25

Excellent science Implementazione del sistema SI

Determinazione della costante di Boltzmann con metodo acustico INRIM ha precedentemente contribuito a determinazioni della costante di Boltzmann kB con metodi diversi: i) misurando la velocità del suono in elio ad un singolo stato termodinamico (CODATA 2010); ii) misurando in collaborazione con il NIST la polarizzabilità dell’elio con una tecnica a microonde (CODATA 2010). INRIM continua a perseguire una riduzione dell'incertezza di tale determinazione con un metodo acustico nell'ambito di un progetto EURAMET non finanziato.

Costanti fondamentali

Misure di termometria primaria acustica INRIM, attraverso la partecipazione ai progetti Premiale P6 e EMRP SIB01-InK, è impegnato a realizzare misure della differenze fra la temperatura termodinamica T e la Scala Internazionale di Temperatura (STI-90) attraverso misure acustiche nell'intervallo compreso fra 230 K e 650 K.

Industrial leadership Ricerca per l'industria

Applicazioni della cavitazione acustica verrà proseguito lo sviluppo di metodi per applicare il fenomeno della cavitazione acustica ai processi di produzione industriali della carta. In particolare, verrà completato lo studio e la sperimentazione di un prototipo di trasduttore a ultrasuoni utile in alcune fasi del trattamento delle fibre cartacee provenienti da riciclo. L'obiettivo finale è il miglioramento, in termini di riduzione di costi energetici e di utilizzo di agenti chimici ed acqua, della fase di distacco dei pigmenti dalle fibre e loro separazione tramite effetti di pressione di radiazione, streaming e trasporto attivo in flussi idrodinamici bifasici (gas-liquido). Fino al 2014 questa attività di ricerca si svolgerà nell'ambito di un progetto finanziato dalla Regione Piemonte: Trattamenti Ultrasonici Fibre di Origine Cartacea (TUFOC).

Societal challenges Ambiente

Misure di velocità del suono e pH in campioni di acqua marina La misura accurata della velocità del suono consente la determinazione delle proprietà termodinamiche un campione in fase liquida. Questo metodo sarà applicato per la caratterizzazione di acqua di mare di salinità diversa, in funzione della temperatura, per pressioni fino a 70 MPa. Questa attività è prevista nel progetto EMRP ENV05 OCEAN, che comprende anche la valutazione di procedure standard per la misurazione dei parametri di acidità, come il pH, in condizioni di alta forza ionica (cioè alta salinità) che hanno un impatto rilevante sulla concentrazione di nutrienti disciolti e la capacità solvente dell’acqua di mare.

Misure di velocità del suono in gas refrigeranti a basso Global Warming Potential Nel biennio 2014-2015 verranno realizzate misure di velocità del suono in fase gassosa e liquida nel fluido refrigerante (cis-1,3,3,3-tetrafluoroprop-1-ene; CF3CH=CHF) R-1234ze(Z) su un intervallo esteso di pressione e temperatura. Tali misure permetteranno di determinare un’equazione di stato del fluido, che viene attualmente proposto come sostitutivo a basso impatto ambientale dei fluidi convenzionalmente utilizzati nelle pompe di calore ad alta temperatura.

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Energia:

Caratterizzazione di gas naturali liquefatti a temperature criogeniche In collaborazione con la divisione Meccanica dell'INRiM, verrà progettato e realizzato un densimetro a ultrasuoni di tipo innovativo che permetta la misura simultanea della densità e della velocità del suono in campioni di gas naturale liquefatto a temperature criogeniche e pressioni fino a 10 MPa. Questo lavoro di ricerca è previsto e finanziato nell’ambito del programma EMRP ENG60 LNG2 che prevede di utilizzare i risultati ottenuti per migliorare l’attuale equazione di stato (GERG) e aggiornare le tabelle su cui si basano gli scambi commerciali dell’LNG.

Salute:

Dispositivi e metodi nel campo della terapia medica basata sull’utilizzo di ultrasuoni Lo sviluppo di materiali che simulano tessuti umani (TMM) finalizzati allo sviluppo di terapie basate sull'utilizzo degli ultrasuoni proseguirà nel corso del 2014 e 2015, nell'ambito del progetto EMRP HLT03 DUTy " Dosimetry for Therapeutic Ultrasound", il cui scopo è la definizione e la conseguente realizzazione di dose ultrasonora. Verranno prodotti e caratterizzati diversi campioni di TMM con diverse proprietà acustiche, meccaniche e termiche. Sarà inoltre realizzato un confronto internazionale con lo scopo di valutare diversi metodi e modelli che consentono di definire il concetto di dose ultrasonora.

Agroalimentare:

Tecnologie innovative per il trattamento degli alimenti

Sistemi per la caratterizzazione e sviluppo di sistemi di pastorizzazione alimentare che prevedano l’impiego combinato di tecnologie ad ultrasuoni. Tecniche per la pastorizzazione e l’estrazione di molecole bioattive a base di ultrasuoni sono state applicate ad alcune matrici su scala di laboratorio, con lo scopo di mettere a punto nuove tecnologie per il food processing. Saranno caratterizzati sistemi ad ultrasuoni che consentano di migliorare il profilo organolettico e nutrizionale degli alimenti, pur assicurandone la sicurezza microbiologica, e confrontate con le tecnologie termiche in uso.

Ruolo NMI Realizzazione e mantenimento delle unità SI

Campione primario di pressione sonora L’attività principale è la partecipazione a due key comparisons, del CIPM ed EURAMET, per la taratura in pressione dei microfoni campione da laboratorio di 1”. Dalla analisi dei dati si vedrà se portare avanti la richiesta di una modifica delle CMC. Si partecipa anche allo sviluppo di una nuova norma nell’ambito del TC 29 IEC.

Campioni primari di potenza sonora Lo scopo di questo lavoro è realizzare l'unità di potenza sonora con un’incertezza associata pari a 0,5 dB in un campo di frequenza tra 50 Hz e 10 kHz. Tale sorgente è necessaria come base metrologica per la potenza sonora. In collaborazione con il Politecnico di Torino verrà messo a punto un modello numerico con tecniche di aeroacustica per il calcolo del campo sonoro e quindi della potenza irradiata in campo semi libero.

Campione primario di potenza ultrasonora Il laboratorio ultrasuoni dell’INRIM è dotato del sistema di misura per la potenza emessa da trasduttori ultrasonori per un intervallo di valori che va da pochi mW fino a circa 150 W. Il limite superiore è imposto non dal sistema di misura ma dalla mancanza di una sorgente (trasduttore e amplificatore) in grado di erogare potenze maggiori. Le collaborazioni con strutture ospedaliere proprietarie di HIFU utilizzati per terapie oncologiche permetteranno il superamento della soglia legata alla potenza massima misurabile.


Campioni di trasferimento della pressione e della potenza acustica La disseminazione delle pressione verrà estesa con la messa a punto di metodi di taratura per confronto in campo libero di microfoni campione di lavoro; è in corso un confronto ausiliario EURAMET. Nel campo della potenza, verranno caratterizzate le sorgenti sonore aerodinamiche ed elettrodinamiche secondarie; verranno accuratamente valutati gli effetti delle caratteristiche direzionali attraverso il confronto inter-laboratorio che coinvolgerà quattro istituti metrologici europei. Al fine di ottenere la riferibilità della potenza sonora verrà studiato, progettato e realizzato, in collaborazione con PTB, un campione di trasferimento in grado di generare bande strette di rumore o toni puri. Le proprietà acustiche saranno valutate in campo semi-libero.

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Metodi di misura in situ di indici di campi ultrasonori L’intenso utilizzo di tecniche ultrasonore utilizzate per la terapia oncologica (HIFU) inducono, anche se non previsto per legge, a un attento controllo dei parametri che caratterizzano il fascio ultrasonoro impiegato in ambito clinico. La complessità dei sistemi, in alcuni casi legati ad apparti RMI, non consento un controllo dell’efficienza del trasduttore presso i laboratori dell’INRIM. Nasce quindi l’esigenza di sviluppare metodi e tecniche che consentano la valutazione degli effetti indotti dal campo ultrasonoro direttamente presso le cliniche in cui vengono utilizzati per interventi basati su ipertermia indotta da campi US.

Attività di Terza Missione Servizi conto terzi

Sviluppo attività di misura e prova in acustica edilizia In accordo con le roadmap (ISO e CEN) per le attività e le procedure normative attinenti l'acustica edilizia; il programma di lavoro (COST Action TU0901 – “Integrating and harmonizing sound insulation aspects in sustainable urban housing constructions”) propone di ridefinire e armonizzare le procedure di misura in situ e in laboratorio. In tale prospettiva, è stato proposto di estendere l'intervallo di frequenza di riferimento per le misure di acustica edilizia tradizionali portandolo a coprire le basse frequenze (da 50 Hz a 100 Hz); tale obiettivo comporta una riconsiderazione generale delle misure dal punto di vista sia teorico che pratico. Nel prossimo triennio INRIM sarà impegnato nello studio dei campi acustici a bassa frequenza realizzati in piccoli ambienti di laboratorio. In tali ambienti, caratterizzati da un campo acustico modale, ci si propone di elaborare le metodologie di misura. E’ in fase di progettazione un modello in scala (1:8) di una camera di misura dell'isolamento acustico per lo studio della trasmissione sonora modale a bassa frequenza tra due ambienti, al variare delle condizioni al contorno. Supporto all’accreditamento dei laboratori di taratura Sono attivi 16 laboratori nel campo dell’acustica, vengono tarati i campioni di prima linea dei laboratori e fornito supporto ad Accredia con l’invio di un esperto tecnico nelle visite di accreditamento e verifica.

Normazione tecnica Partecipazione ai gruppi di lavoro sui microfoni di misura, dei filtri a frazione di ottava, dei calibratori acustici e dei fonometri in ambito internazionale IEC TC29.

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Programma T3 – Quantità di sostanza Responsabile: Andrea Mario Rossi


Pers. strutturato TI TD TI TD TI TD Ricercatori e Tecnologi 5,7 1 5,7 2 5,7 2

Tecnici (CT e OT) 1 2 1 2 1 2 Tot 6,7 3 6,7 4 6,7 4

Ulteriori risorse umane 9,35 9,35 9,35 Totale 19,05 21,5 21,5

Excellent science Realizzazione delle unità SI per la biologia La mancanza di metodi metrologici di caratterizzazione della purezza di biomolecole di grandi dimensioni costituisce uno dei maggiori ostacoli al raggiungimento di riferibilità SI nelle misure biologiche. Misure basate sul conteggio costituiscono una tecnologia chiave per il trasferimento della taratura a materiali utilizzati come campioni di trasferimento nel 'mondo reale'. INRIM svilupperà nel progetto EMRP Bio-SITrace: modelli matematici per le stime bayesiane dell’incertezza; un approccio basato sulla varianza di Allan per studi di stabilità; materiali di riferimento per il conteggio di cellule, analisi di purezza delle lipoproteine basate su Raman coerente Industrial leadership Analisi delle superfici Il progetto SurfChem affronta lo studio chimico delle superfici applicando le più avanzate tecniche di misura per il monitoraggio della composizione chimica delle superfici e dando la tracciabilità delle misure. In particolar ein INRIM si è applicata la spettroscopia vibrazionale per sviluppare la metrologia per l'analisi chimica per applicazioni industriali non distruttive nel controllo di processo di superfici, in termini di funzionalità e pulizia. Gli obiettivi di NEW02 "Metrologia per la spettroscopia Raman" sono di rispondere alle esigenze di regolamentazione della spettroscopia Raman correlate a: spettroscopia Raman convenzionale, TERS, e scattering Raman multi-fotone. Il progetto migliorerà l’affidabilità di misura, stabilirà la riferibilità delle tecniche di misura e svilupperà campioni di riferimento. Il progetto Q-Aimds prevede lo studio di sistemi modello di dispositivi biomedicali. Inrim si occuperà dello studio della contaminazione e stabilità di tali dispositivi mediante misure con spettroscopie vibrazionali. Collaborazione con la ditta SORIN in campo biomedicale per le misure su stent coronarici.

Nuove metodologie di microscopia multimodale NLO per bio-imaging

I fenomeni di biologia delle cellule si verificano su più scale dimensionali che richiedono l’analisi multiparametrica simultanea alla micro e nanoscala riducendo al minimo le perturbazioni sui sistemi viventi. INRIM sta sviluppando un approccio alla microscopia non-labeled, integrando tecniche avanzate di NLO imaging, Coherent Anti-Stokes Raman Scattering, generazione di seconda armonica ed eccitazione a due fotoni su una singola piattaforma con funzionalità di misura veloci e specializzati per colture cellulari e biologia.

Standardizzazione delle proprietà chimico-fisiche e dimensionali delle nanoparticelle di TiO2

Il progetto SetNanoMetro coordinato da INRIM nell’ambito del programma, FP7 prevede la produzione riproducibile e tracciabile di nanoparticelle e film di TiO2. Il progetto avrà lo scopo di ottenere la standardizzazione delle proprietà fotocatalitiche, delle proprietà delle celle di Grezel e della crescita cellulare su protesi in TiO2. Partecipano al progetto 16 partner europei provenienti da nove paesi. Societal challenges

Metodi di analisi e sensori per gli inquinanti dell’aria

La direttiva europea sulla "qualità dell'aria ambiente e per un'aria più pulita per l'Europa" (2008/50/CE) stabilisce i valori limite e gli obiettivi di qualità dei dati per la misura negli Stati membri dell'Unione europea degli inquinanti atmosferici in aria ambiente. Nel progetto "Metrologia per le sostanze chimiche inquinanti in aria" dell'EMRP, microsensori sono identificati come strumenti di misura emergenti per la "misurazione indicativa" dettata dalla direttiva sulla qualità dell'aria. Sono state condotte caratterizzazioni di microsensori a base di grafene prodotti in INRIM e ne è stata valutata la risposta a NO2 nell’intervallo da 100 nmol/mol a 10 µmol/mol e valutati gli effetti di altri gas possibili interferenti, quali H2O, CO2, NH3.

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Campioni e metodi di misura per la medicina rigenerativa

Saranno sviluppate tecnologie di misura riferibili per la caratterizzazione e il comportamento cellulare macromolecola di prodotti e processi in medicina rigenerativa. Nuove metodologie di misura, processi validati per la coltura di cellule staminali, metodi per la produzione di materiali di riferimento e manufatti per la taratura di strumenti sono in fase di sviluppo. Questo progetto di sviluppo di metodi di misurazione e tecnologie per lamedicina rigenerativa. rappresenta un importante collaborazione tra INRIM, NMI europei, Università del Piemonte e l'industria

Sviluppo di nuovi materiali dosimetrici per radiazioni ionizzanti

Saranno sviluppate nuove formulazioni per matrici a struttura idrogelica da impiegare come dosimetri per radiazioni ionizzanti. L’attività di ricerca INRIM riguarda la valutazione delle caratteristiche metrologiche della risposta segnale-dose dei sistemi dosimetrici a gel sulla base di misure di variazione delle proprietà chimico-fisiche indotte dall'esposizione a radiazioni ionizzanti. Tale valutazione verrà fatta in funzione dell'ottimizzazione dei dosimetri.

Metodi per l'analisi degli alimenti

Sono stati sviluppati metodi per la caratterizzazione dei prodotti alimentari per determinare la quantità di limiti tollerabili per i contaminanti chimici naturali o artificiali / residui presenti nei prodotti alimentari (ad esempio, melamina nel latte per neonati mediante spettroscopia Raman, IPA nel te e nel mate mediante GC-MS). Applicazione di tecniche di attivazione neutronica per l’analisi degli aliemntiParticolare attenzione è stata dedicata alla riferibilità metrologica dei risultati. La misurazione accurata di questi contaminanti è importante non solo per il consumatore, ma anche per il produttore.

Sensori per l'analisi degli alimenti

Sensori basati su plasmoni di superficie e tecniche di misura saranno sviluppati per determinare la provenienza alimentare e di contaminanti alimentari e allergeni. Questo aspetto potrebbe influenzare gli aspetti etici relativi al consumo consapevole e avere un impatto economico nella società. Ruolo NMI

Campioni gassosi e materiali di riferimento in chimica

Lo sviluppo di materiali di riferimento è uno mezzo significativo per la riferibilità metrologica delle misurazioni chimiche. Il lavoro svolto in questo contesto mira alla realizzazione di materiali di riferimento primari per analisi di gas con il metodo gravimetrico e al contributo per la caratterizzazione di materiali di riferimento mediante analisi ad attivazione neutronica. Sono proseguiti gli studi di stabilità per miscele di ossidi di azoto preparate in INRiM, in particolare per NO in N2 a concentrazione ambiente (500 nmol/mol) ed è in corso di esplorazione l’impiego della spettroscopia FTIR come alternativa alla chemiluminescenza

Campioni primari per elementi chimici di particolare interesse

La realizzazione e diffusione di campioni primari è di fondamentale importanza per garantire la riferibilità dei risultati di misura in tutti i campi dell’analisi chimica e per mantenere la comparabilità internazionale. In questo quadro INRIM partecipa al progetto EMRP SIB09 per la caratterizzazione e la disseminazione in relazione ai seguenti elementi: Al, Mg, Rh, Mo e Zn.

Metodi di riferimento e campioni per l’analisi di cellule, tessuti, acidi nucleici e proteine

In conformità alle raccomandazioni CCQM e linee guida EMRP nel settore della salute, saranno sviluppati metodi di riferimento per l'analisi di cellule e tessuti (focalizzati su metodi metabolici e citometria a flusso, imaging, spettrofotometria e tecniche di spettroscopia), analisi degli acidi nucleici (focalizzati su metodi PCR quantitativi), analisi delle proteine (focalizzati sui metodi per indagare la struttura della proteina, concentrazione, attività e l'interazione con altre proteine / recettori). Attività di Terza Missione Partecipazione a confronti chiave internazionali Certificazione tecnica per le attività di taratura e prova Attività di mantenimento del Sistema Qualità (audit interni, sviluppo di procedure di taratura e prova,

mantenimento delle CMCs) Supporto all’accreditamento dei laboratori di taratura Supporto tecnico all’Ente italiano di Accreditamento (ACCREDIA) Supporto all’attività di accreditamento

svolto da ACCREDIA attraverso attività di valutazione tecnica di tipo documentale e sul campo (mantenimento e nuovi accreditamenti) di Centri LAT del Sistema Nazionale di Taratura (SNT). Attività di consulenza tecnico-scientifica volta alla formazione degli ispettori tecnici e alla predisposizione di guide tecniche Accredia. Supporto nelle attività tecniche nella riunione annuale dei Centri Accreditati.

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Allegato 1: Laboratori principali Divisione Elettromagnetismo Laboratori schermati per la metrologia elettrica in bassa frequenza e per la taratura di campioni e strumenti. Misure di potenza ed energia elettrica a frequenza industriale. Taratura di strumenti programmabili. Misure di conducibilità elettrolitica. Camera schermata per la metrologia elettromagnetica in alta frequenza (10 MHz - 40 GHz). Realizzazione e caratterizzazione di dispositivi superconduttori a film sottile. Realizzazione di nano-dispositivi e caratterizzazione ottica ed elettrica di nanodispositivi e nanomateriali. Analisi di materiali con diffrattometria a raggi X. Sistemi di microscopia a doppio fascio elettronico e ionico e per la microanalisi (Nanofacility). Preparazione di materiali magnetici per rapida solidificazione, di film sottili e di multistrati magnetici. Caratterizzazione e studio delle proprietà fisiche di materiali magnetici dolci, duri, amorfi e nanostrutturati. Laboratori e camere schermate per le misure magnetiche di alta sensibilità. Laboratori per lo studio delle proprietà di trasporto in nastri e film sottili magnetici. Camera anecoica e laboratori per la generazione di campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici di riferimento da 10 Hz a 4 GHz. Camera schermata per misure di compatibilità elettromagnetica. Laboratori di sperimentazione, taratura, misura e prova per forti correnti e alte tensioni. Studio e sperimentazione di schermature magnetiche fino a 100 kHz. Studio e sperimentazione di sensori, trasduttori ed attuatori. Divisione Meccanica Laboratori per la stabilizzazione di laser e campioni ottici di frequenza. Laboratori per la nanometrologia, per la metrologia dei campioni lineari corti e lunghi, dei campioni circolari e della forma e per la metrologia a coordinate. Laboratori per le misure di massa (in struttura completamente interrata), densità e viscosità. Sistemi per le misure di portate di gas e di liquido. Galleria del vento (dispositivo non proprietario, presso Politecnico di Torino). Interferometria a raggi X e ottica. Laboratori per i campioni primari di forza, durezza, pressione e misura di accelerazioni. Laboratori di visione robotica e navigazione autonoma. Divisione Ottica Laboratori per i campioni di tempo e frequenza, tra i quali il campione primario di frequenza a fontana di Cs. Camera schermata ad alta attenuazione per spettroscopia atomica e molecolare. Laboratori per i campioni fotometrici e colorimetrici, tra i quali il campione primario di intensità luminosa. Radiometria nell’ultravioletto. Camera oscura con controllo climatico presso il laboratorio di goniofotometria. Laboratori di radiometria criogenica fino a 40 mK. Laboratorio mobile per la caratterizzazione d’impianti d'illuminazione. Spettro-goniofotometria dei materiali. Laboratori di radiometria e informazione quantistica. Divisione Termodinamica Laboratori per la misura della temperatura per contatto secondo ITS-90 (punti fissi tra 13,8 K e 1357,7 K). Laboratorio per la misura della temperatura a radiazione secondo ITS-90 (da 505,078 K a 2500 K). Laboratorio campioni di umidità tra -75 °C e 90 °C di punto di rugiada. Laboratori per la misura di proprietà termofisiche di gas, liquidi e solidi. Camere acustiche: riverberante, anecoica e semi-anecoica. Camere accoppiate per la misura dell’isolamento acustico. Laboratorio per la termometria acustica primaria. Laboratorio per la misura della potenza ultrasonora. Laboratorio di sonochimica e cavitazione. Laboratorio taratura microfoni campione.

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Laboratori per l’analisi dei gas e la preparazione di miscele gassose primarie e per l’analisi organica Laboratori di spettroscopia per: bioscienze, gas in traccia, analisi di superfici, nanomateriali Laboratori di metrologia in biologia cellulare, biosensori e biometrologia. Laboratori di Radiochimica presso il Dipartimento di Chimica Generale dell’Università di Pavia Laboratori presso il LENA (Laboratorio di Energia Nucleare Applicata) presso l’Università di Pavia

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Attuazione del PIANO TRIENNALE 2014-2016 - inrim.it · secondo le priorità nazionali per quanto riguarda il ruolo di Instituto Metrologico Nazionale: ... (DCCT) per forti correnti;