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Laboratorio Regionale di Sintesi e Caratterizzazione di Nuovi Materiali Organici e Nanostrutturati per Elettronica, Fotonica e Tecnologie Avanzate (Codice Progetto: 20) Coordinatore scientifico Francesco Babudri Dipartimento di Chimica Università degli Studi Aldo Moro di Bari

RETI di LABORATORI - [Nuovi Materiali] SINTESI

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Laboratorio Regionale di Sintesi e Caratterizzazione di Nuovi Materiali

Organici e Nanostrutturati per Elettronica, Fotonica e Tecnologie

Avanzate (Codice Progetto: 20)

Coordinatore scientifico

Francesco Babudri

Dipartimento di Chimica Università degli Studi Aldo Moro di Bari

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Le unità di ricercaUnità di ricerca ResponsabileU1. Dipartimento di Chimica Università degli Studi Aldo Moro di Bari

Prof. Francesco Babudri

U2. Dipartimento di Farmacia-Scienza del Farmaco (ex Dipartimento Farmaco-Chimico) Università degli Studi Aldo Moro di Bari

Prof. Renzo Luisi

U3. Dipartimento dell’Ingegneria dell’Innovazione Università del Salento Lecce

Dr. Giuseppe Ciccarella

U4. CNR Istituto di Metodologie Inorganiche e dei Plasmi (IMIP)

Dr. Giovanni Bruno

U5 Dipartimento di Ingegneria Elettrica e dell`Informazione DEI (ex Dipartimento dei Elettrotecnica ed Elettronica) Politecnico di Bari

Prof. Vincenzo Petruzzelli

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Obbiettivo della Rete 1) Sintesi di materiali organici, nanomateriali di differenti tipologie finalizzati all’impiego come semiconduttori in applicazioni in dispositivi optoelettronici e fotonici (Organic Light Emitting Diodes OLEDs-dispositivi fotovoltaici)a) polimeri ed oligomeri coniugatib) complessi organometallicic) nanoparticelle metallicheCaratterizzazione molecolare e morfologica allo stato solidoCaratterizzazione funzionale (elettronica, ottica ed altre proprietà) 2) Sintesi di materiali nanostrutturati per applicazioni nel settore ambientale e dell’Health Care

3) Sviluppo di processi di sintesi in continuo a più basso costo e ridotto impatto ambientale

Settori di impattoa) innovazione nell’elettronica e nella fotonicab) utilizzo di dispositivi elettronici in molteplici applicazioni (arredamento, produzione di energia da fonti rinnovabili, risparmio energetico)c) nanotecnologie molecolari (NMT) applicabili a segmenti del mercato dell’ambiente e della salute dell’uomo.d) processi di sintesi a basso impatto ambientale

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Domanda di innovazione del sistema produttivo

Offerta tecnologica della Rete

Ø Film sottili di materiali organici, compositi e metallicidepositati per spin-coating ed evaporazione termica.

Ø Prototipi di dispositivi elettroluminescenti, fotovoltaicie guide d’onda.

Ø Analisi ottica ed elettrica dei dispositivi.

ØAnalisi morfologica dei film sottili mediante microscopia elettronica.

Ø Studio degli stati eccitati e dei tempi di vita per campioni in soluzione sia per quelli allo stato solido.

Ø Studio del trasferimento di carica mediantespettroscopia ultraveloce e risolta nel tempo.

Ø Sintesi e caratterizzazione di sistemi nanoparticellarimetallici e ibridi applicazioni in catalisi,conversione di energia, protezione di beni culturali,additivi per materiali polimerici.

Ø Nuove tecnologie di produzione

Sorgenti di illuminazione LEDs plastiche (OLEDs); Celle solari plastiche basate su nuovi materiali ibridi organici-inorganici; Dispositivi Fotovoltacromici basati su tecnologia ibrida organica/inorganica. Tali dispositivi costituiscono le tecnologie del futuro nei settori dell’illuminazione e della produzione/gestione di energia da fonte rinnovabile.

Sviluppo di nuove metodologie di produzione

Sviluppo di processi sostenibili

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Le attività svolte al 31/12/2013

Attività/progetto/servizio 1. Molecular NAnotechnology for HeAlth and EnvironmenT (MAAT)

Risultati raggiunti Complessi dell’Iridio e polimeri fluorurati da utilizzare come materiali emettitori in OLEDPolimeri per coordinazione con struttura base dell’antrachinone e zinco come materiali fotocromiciNanocristalli colloidali di PbS con assorbimento nel NIR

Ricadute industriali I materiali ottenuti saranno valutati per l’impiego nella realizzazione degli obbiettivi del progetto:a) smart panel semitrasparenti di colore modulabile in cui sono combinate funzionalità di produzione di energia (celle solari), d’illuminazione (OLEDs) e di schermatura controllata (fotovoltacromico);b) lab-on-Chips (LOCs) di basso costo in cui sorgenti di eccitazione OLEDs sono integrate direttamente nel dispositivo

Altri risultati

Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto

Tozzi Renewable Energy (T.R.E.)

Partner di progetto

ST Microelectronic ssrl Partner di progetto

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Immagini (foto delle strumentazioni e/o di prototipi, prodotti, impianti pilota)

Complessi dell’Iridio luminescenti

Polimeri fluorurati elettroluminescenti

Polimeri elettrocromici

N

NN

NF

F

FF

F

F

F

F

F

F

F

F

NIr

2

N

NN

NF

F

FF

F

F

F

F F

F

F

NIr

2

F

F

F

F

F

Zn

O

ON

N

O

O

O

n

O

poliZnAQ

O

O

F

F nn

F

F

n

S

F F

n

F

F

F F

F F

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Immagini (foto delle strumentazioni e/o di prototipi, prodotti, impianti pilota)

TEM micrograph of PbS quantum dots

Absorption spectrum of PbS QDs in comparison with CdSe QDs: extension in the NIR

All inorganic Solar Cells fabricated with PbS QDs in collaboration with CNR-Nano Lecce.Complete Room Temperature ProcessingEfficiency of 3.6% on glass and 1,8% on flexible substratesEnergy Environ. Sci., 6 (2013), 1565–1572

400 600 800 10000,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

abso

rban

ce/a.u.

wavelength/nm

CdSe PbS

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Le attività svolte al 31/12/2013Attività/progetto/servizio 2. Materiali innovativi per il fotovoltaico organico ed ibrido

Risultati raggiunti

Ricadute industriali • Nuove classi di materiali (polimeri push-pull fluorurati, polimeri con struttura benzofulvenica) utilizzabili nella realizzazione di celle fotovoltaiche bulk-heterojunction

Altri risultati • Pubblicazioni scientifiche su riviste a diffusione internazionale relative alla sintesi di polimeri coniugati per celle fotovoltaiche.

Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto

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Immagini (foto delle strumentazioni e/o di prototipi, prodotti, impianti pilota)

Prototipo di OPV

Simulatore di luce solare

Glove box con evaporatore per metalli

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Immagini (foto delle strumentazioni e/o di prototipi, prodotti, impianti pilota)

sistema di spettroscopia di assorbimento ultrafast

Profilometro

Spin coater

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Le attività svolte al 31/12/2013Attività/progetto/servizio

3. NAno / MIcro STrutturazione nei materiali per l’Edilizia ed altri settori produttivi (NAMISTE)

Risultati raggiunti

Ricadute industriali Sviluppo di metodologie sintetiche di nanocristalli applicabili a livello industriale.Prototipi e analisi chimico-fisiche. Scale up in impianto pilota per la sintesi dei componenti nanostrutturati.Sviluppo di materiali refrattari

Altri risultati Sintesi di ossidi di metalli nanocristallini (tipicamente usati come additivi di prodotti per l’edilizia) con controllo di forma e dimensioni

Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto

Green Chemlab s.r.l. Partner di progetto

Laboratori, studi di progettazione A.R.Chi.Mede s.r.l.

Partner di progetto

Lab s.r.l. Partner di progetto

Refrasud International s.r.l. Partner di progetto

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Immagini (foto delle strumentazioni e/o di prototipi, prodotti, impianti pilota)

Sintesi di nanoparticelle di TiO2

Modulazione delle dimensioni di nanoparticelle di TiO2

Spray dryer

TA5 TA6

TA1 TA2 TA3

TA4

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Le attività svolte al 31/12/2013Attività/progetto/servizio 4. Sviluppo di nuovi processi produttivi mediante

l’uso di microtecnologieRisultati raggiunti

Ricadute industriali • Lo sviluppo di processi in continuo a più basso costo e ridotto impatto ambientale di fondamentale importanza per le industrie chimiche.

• La validità della tecnologia è un ulteriore aspetto che ha ricaduta su quelle industrie che al momento mostrano scetticismo verso i dispositivi microfluidici o che non sposano l’approccio «high risk – high gain».

Altri risultati Visibilità a livello nazionale e internazionale del laboratorio di sintesi microfluidica.

Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto

Itelpharma Ruvo di Puglia Interesse a sviluppare nuovi processi di sintesi

Incontri informali

Sanofi Aventis Brindisi Interesse a sviluppare nuovi processi di sintesi

Incontri informali

FIS Vicenza Custom synthesis di API Incontri informali

Thalesnano Budapest Sviluppo tecnologie di produzione

Incontri informali

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Immagini

Strumentazione per il monitoraggio «in-line» di processi sintetici. Consente di ridurre i tempi per lo sviluppo di un processo

La strumentazione è parte integrante del laboratorio FLAME-Lab di recente istituzione presso il Dipartimento di Farmacia. Tale laboratorio, unico nel meridione, si pone l’obiettivo di offrire alle aziende know-how e supporto tecnologico per lo sviluppo di processi di sintesi più sostenibili e nuove metodologie di produzione.

Strumentazione per lo sviluppo di sintesi in flusso continuo attraverso l’uso di microchip in vetro. Consente la produzione di molecole in maniera più sostenibile e conveniente.

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Le attività svolte al 31/12/2013Attività/progetto/servizio 5. MEM4WIN “Ultrathin Glass Membranes for

Advanced, Adjustable and Affordable Qudruple Glazing Windows for 0-Energy Buildings” )

Risultati raggiunti Sviluppo di tecniche per l’ottenimento di film di grafeni mediante deposizione chimica da fase vapore

Ricadute industriali Fabbricazione di finestre con membrane di vetro ultrasottili ed a bassa dispersione termica, integrate con celle fotovoltaiche per la generazione di energia elettrica e collettore di energia termica solare per produzione di acqua calda, per edilizia a Energia Quasi Zero

Altri risultati

Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto

LISEC (Austria) Partner di progetto

PROFACTOR (Austria) Partner di progetto

ENERGYGLAS (Germania) Partner di progetto

DURST PHOTECHNIK (I) Partner di progetto

TIGER COATINGS (Austria) Partner di progetto

AIXTRON (UK) Partner di progetto

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Spettroscopia ellissometrica

Spettro ellissometrico del coefficiente di estinsione e del coefficiente di assorbimento del polimero PDTBTV fluorurato e non fluorurato mescolato (rapporto 1.1)

Ellissometro spettroscopico per misure ex-situ delle proprietà ottiche di suoerfici e film sottili.

Spettro ellissometrico del coefficiente di estinsione nel controllo delle proprietà plasmoniche di nanoparticelle di oro per l’applicazione nel fotovoltaico e nella SERS (Surface ehnanced Raman spectroscopy)

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Ellissometro spettroscopico assemblato su reattore plasmochimico, per il monitoraggio dei processi di trattamento delle superfici e crescita di materiali.

Monitoraggio in tempo reale del processo di fluorurazione del grafene a fluorografene con processo plasmochimico.

RF

cathodeanode

RF source

Gas

Graphenesubstrate

Vacuumpump

PLAS

MA

SE light beam

Spettroscopia ellissometrica

FnF-atoms

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Le attività svolte al 31/12/2013Attività/progetto/servizio

6. Fabbricazione e caratterizzazione di film ottici sottili

Risultati raggiunti

Ricadute industriali • Sperimentazione di circuiti stampati optoelettronici in guide d’onda polimeriche per l’Optical Interconnection on Chip.

• Caratterizzazione delle proprietà ottiche di riflessione di nano-strutture periodiche in oro su substrato di Silicio cristallino per la valutazione della “sensitivity” di sensori ottici plasmonici.

Altri risultati • n.7 pubblicazioni sulle conoscenze sviluppate nell’attività di ricerca utilizzando le strumentazioni acquisite con il Progetto delle reti.

Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto

IIT Lecce Interessata ai risultati della caratterizzazione ottica, realizza componenti nanostrutturati.

Regolari contatti.

US Army RDECOM Interessata alla progettazione di sensori ottici plasmonici

Regolari contatti.

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Fabbricazione di guide d’onda polimeriche

Spin coater per guide d’onda polimeriche

Microscopio ottico

Guide d’onda polimeriche eccitate. Banco ottico

Profilometro

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Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto

MER MEC SpA Monopoli Partner interessato ai risultati del progetto.

Regolari contatti.

MASMEC SpA Modugno Partner interessato ai risultati del progetto.

Regolari contatti.

AVIO SpA Brindisi Partner interessato ai risultati del progetto.

Regolari contatti.

Attività/progetto/servizio

7. Progettazione e implementazione di un inclinometro ottico in tecnologia plasmonica. PON MASSIME

Risultati raggiunti

Ricadute industriali • Sviluppo di strutture plasmoniche composte da array di aperture in uno strato metallico poste reciprocamente ad una determinata distanza per la realizzazione di sensori plasmonici.

Altri risultati • n.7 pubblicazioni sulle conoscenze sviluppate nell’attività di ricerca utilizzando le strumentazioni acquisite con il Progetto delle reti.

• Progetto di un inclinometro plasmonico.• Fabbricazione e caratterizzazione delle strutture

plasmoniche realizzate.

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INCLINOMETRO OTTICO IN TECNOLOGIA PLASMONICA

Schema di principio dell’inclinometro n tecnologia plasmonica

Array di nanoparticelle di oro depositato su Si

Contorno periodicoContorno

assorbente

Au

Aria

Onda Piana

λ = 622.5 nm λ = 788 nmλ = 607.5 nm

Modi plasmonici accoppiati

Modo plasmonico sull’interfaccia di

ingresso

Risonanza di apertura

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Sito web della Rete: http:// di prossima attivazione

Attività promozionali svolte

Presentazione della rete al convegno internazionale FUTURMAT2 Riva Marina Resort 16-20 settembre 2012

Presentazione della rete allo SMART PUGLIA EXPO- SMAU BusinessBari 6-7 febbraio 2013

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Attività programmate• Progetto:• Celle Solari Polimeriche Processabili da Mezzi Acquosi: Dai Materiali Ai Moduli

Fotovoltaici (Aqua-Sol)• AQUA-SOL si propone di contribuire al progresso del fotovoltaico organico

(OPV) sviluppando materiali, metodi di caratterizzazione e processi per la fabbricazione di dispositivi fotovoltaici polimerici processabili da mezzo acquoso.

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PUBBLICAZIONI

L Carroccia, B Musio, L Degennaro, G Romanazzi, R. Luisi (2013). “Microreactor-Mediated Organocatalysis: Towards the Development of Sustainable Domino Reactions”Journal of Flow Chemistry, vol. 4, 29, (2013). Giovine, B. Musio, L. Degennaro, A. Falcicchio, A. Nagaki, J. Yoshida, R. Luisi “Synthesis of 1,2,3,4-Tetrahydroisoquinolines by Microreactor-Mediated Thermal Isomerization of Laterally Lithiated Arylaziridines”Chemistry-A European Journal, 19, 1872, (2013) G. V. Bianco , M. M. Giangregorio , M. Losurdo , P. Capezzuto , G. Bruno“Supported Faceted Gold Nanoparticles with Tunable Surface Plasmon Resonance for NIR-SERS”Advanced Funcional Materials, 22, 5081, (2012)H. Xu, R. A. Picca, L. De Marco, C. Carlucci, A. Scrascia, P. Papadia, B. F. Scremin, E. Carlino, C. Giannini, C. Malitesta, M. Mazzeo, G. Gigli, G. Ciccarella“Nonhydrolytic Route to Boron-Doped TiO2 Nanocrystals”European Journal of Inorganic Chemistry 1, 364, (2013) Ying-Cen Guo, Filippo De Angelis, Fabio Della Sala, Roberto Cingolani, Giuseppe Gigli, and Giuseppe Ciccarella, “Organic Dyes Containing A Triple Bond Spacer for Dye Sensitized Solar Cells: a Combined Experimental and Theoretical Investigation”Current Organic Chemistry, 15, 3535, (2011) N. Depalo, R. Comparelli, J. Huskens, M. J. W. Ludden, A. Perl, A. Agostiano, M. Striccoli, M. L. Curri "Phase Transfer of CdS Nanocrystals Mediated by Heptamine β-Cyclodextrin" Langmuir, 28, 8711,(2012)

N. Depalo, P. Carrieri, R. Comparelli, M. Striccoli, A. Agostiano, L. Bertinetti, C. Innocenti, C. Sangregorio, M. L. Curri "Biofunctionalization of Anisotropic Nanocrystalline SemiconductorMagnetic Heterostructures"Langmuir, 27, 6962, (2011)

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PUBBLICAZIONI

Operamolla , S. Colella, R. Musio, A. Loiudice, O. Hassan Omar, G. Melcarne, Marco Mazzeo, Giuseppe Gigli, Gianluca M. Farinola, F. Babudri“Low band gap poly(1,4-arylene-2,5-thienylene)s with benzothiadiazole units: Synthesis, haracterization and application in polymer solar cells”Solar Energy Materials & Solar Cells 95 3490, (2011) G. Calò, A. Farinola, V. Petruzzelli, "Equalization in photonic bandgap multiwavelength filters by the Newton binomial distribution,"J. Opt. Soc. Am. B 28, 1668 (2011). G. Calò, A. Farinola, V. Petruzzelli, ”Design and Optimization of High Sensitivity Photonic Interferometric Biosensor on Polymeric Waveguides”Progress in Electromagnetic Research Letters, 33, 151 (2012). G. Calò, D. Alexandropoulos, V. Petruzzelli, “Active WDM filters on dilute nitride quantum well photonic bad gap waveguide”Progress in Electromagnetic Research Letters, 35, 37 (2012). G Calò, M. Grande, D. Alexandropoulos, V. Petruzzelli, "Photonic band gap waveguide filters based on dilute nitrides"Physica Status Solidi C, 10, 567 (2013). G. Calò, V. Petruzzelli, “WDM Performances of two- and three- waveguide Mach-Zehnder switches assembled into 4x4 matrix router”Progress in Electromagnetic Research Letters, 38, page 1 (2013).

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Contatti

Prof. Francesco BabudriDipartimento di Chimica Università degli Studi di Bari Aldo MoroVia Orabona 4 70125 BariTel 0805442075 e-mail [email protected]