News dalla Commissione Energia

Articoli

Materiali atomicamente sottili: come produrli e studiarli

Per l’evento “Sintesi, struttura e proprietà di nuovi materiali 1D e 2D” della Commissione Tematica Energia, svoltosi lunedì 13 dicembre 2021 in modalità ibrida, sono stati nostri ospiti i professori Andrea Li Bassi e Carlo S. Casari del NanoLab, il Laboratorio Materiali Micro- e Nanostrutturati del Politecnico di Milano. Grazie alla loro grande esperienza, maturata in anni di ricerche nel campo della fisica della materia e delle nanotecnologie, i due professori hanno presentato una panoramica delle linee di ricerca attualmente seguite al NanoLab, con particolare attenzione alle strutture lineari di carbonio e ai materiali bidimensionali.

Nel primo intervento, il prof. Carlo Casari ha introdotto la tematica delle nanostrutture a base di carbonio partendo dalle sue forme bulk più note (diamante e grafite), per poi passare attraverso le sue nanostrutture più famose (fullereni, nanotubi e grafene), fino ad arrivare a quella che è considerata la “forma allotropica mancante”, ovvero la carbina. Con questo termine, si indica infatti una catena lineare, idealmente infinita, di atomi di carbonio tutti con ibridizzazione sp. Le proprietà teoricamente previste per questo materiale sono particolarmente interessanti, sia dal punto di vista meccanico, sia da quello optoelettronico. A livello sperimentale, catene lineari di lunghezza finita sono sintetizzate al NanoLab attraverso metodi fisici in liquido che sfruttano scariche ad arco o ablazione laser, e sono stabilizzate da specifici gruppi terminali. Al variare del numero di atomi di carbonio e dei gruppi terminali, le proprietà ottiche ed elettroniche di queste catene lineari possono essere modulate in un ampio intervallo. Infine, sono stati mostrati anche alcuni esempi di materiali carboniosi 2D con ibridazione mista sp/sp2.

Nel secondo intervento, il prof. Andrea Li Bassi ha invece illustrato la ricerca condotta al NanoLab su materiali 2D innovativi, sintetizzati attraverso metodi di evaporazione fisica in vuoto su superfici metalliche pulite e caratterizzati in ultra-alto vuoto mediante microscopia e spettroscopia a effetto tunnel. Un materiale bidimensionale, caratterizzato da spessori variabili da un singolo atomo a qualche atomo, possono presentare infatti proprietà marcatamente diverse dal loro corrispondente materiale bulk, oltre che fortemente dipendenti dal numero di monostrati e dall’interazione con il substrato, cosa che li rende particolarmente interessanti per la loro risposta ottica ed elettronica. Alcuni materiali attualmente studiati al NanoLab su superfici orientate di oro e argento sono ad esempio i dicalcogenuri di metalli di transizione (come MoS2, WS2, MoSe2) e alcuni ossidi (ZnO). Un’ulteriore evoluzione è rappresentata dall’integrazione di diversi materiali 2D per formare eterostrutture verticali o laterali, anche con molecole organiche, in cui proprietà innovative possono manifestarsi grazie alla combinazione di materiali 2D differenti.

La Commissione Energia ringrazia i due ospiti e tutti i Soci presenti e vi dà appuntamento ai prossimi eventi a tema nel 2022!

/da

L’importanza delle energie ecocompatibili

Nell’ottica di ridurre le emissioni globali inquinanti per limitare i cambiamenti climatici, negli ultimi anni il tema dell’ecosostenibilità e quello delle energie rinnovabili hanno assunto un’importanza fondamentale non sono nella ricerca ma anche nel dibattito pubblico, e sicuramente avranno un ruolo chiave nelle politiche di sostenibilità ambientale del futuro.

Anche in questo campo, le nanotecnologie mostrano un potenziale da non sottovalutare, promettendo di migliorare tali tecnologie rendendole più efficienti e, di conseguenza, più facili da introdurre nel mondo reale. Per studiare tali applicazioni, NINE ha organizzato martedì 8 giugno 2021 il webinar Frontiere dell’energia in Eni, in collaborazione con due ricercatori del Renewable Energy, Magnetic Fusion and Material Science Research Center della sede Eni a Novara: il Dr. Riccardo Po e la Dr.ssa Laura Meda, esperti rispettivamente di fotovoltaico organico e di batterie a flusso.

Il dottor Po ha presentato una panoramica del fotovoltaico, una delle fonti di energia “green” più note e studiate, concentrandosi soprattutto su quelle a base di materiali innovativi e moto promettenti quali le perovskiti e quelle organiche (OPV), sottolineandone i pregi e i difetti rispetto al silicio, un’alternativa molto più diffusa oggigiorno per il fotovoltaico nel mondo reale. L’esposizione ha toccato diversi aspetti importanti di tali tecnologie, come i principi di funzionamento, i materiali precisi e le relative tecniche di produzione/lavorazione, le applicazioni principali in tutto il mondo ed infine la loro life cycle analysis (LCA).

Come noto, tuttavia, fonti rinnovabili come il fotovoltaico necessitano anche di sistemi di immagazzinamento dell’energia, per ovviare alla loro intrinseca discontinuità, e di tale aspetto si è occupata la nostra seconda ospite. La dottoressa Meda, infatti, partendo da un’introduzione sulle varie forme di immagazzinamento di energia, si è concentrata su quelle di natura elettrochimica descrivendone i principi di funzionamento generali e le varie tipologie (con relativi pregi, difetti ed applicazioni). Tra queste, grande rilevanza rivestono le batterie ricaricabili e le batterie redox a flusso, specialmente quelle a base di vanadio (VRFB).

Anche questa volta l’evento ha riscosso grande interesse tra i Soci, rispecchiando la popolarità di tali temi e, soprattutto, la loro importanza nella nostra società per lo sviluppo di fonti di energia che siano il più possibile ecocompatibili.

Ringraziando nuovamente i due ospiti del webinar, la CT Energia saluta tutti i Soci, e tornerà all’inizio del prossimo anno accademico con nuove proposte!

/da

Grande affluenza al primo evento di NINE!

Venerdì 26 marzo si è tenuto il primo evento ufficiale NINE, con la presenza del professor Saverio Latorrata! Argomento del giorno i nuovi trend di innovazione nel settore delle fuel cells e dei sistemi per lo stoccaggio dell’energia, perseguiti dal laboratorio Mat4En2 del Politecnico di Milano.

Dopo un’introduzione al funzionamento e alle componenti delle moderne celle a combustibile, il nostro ospite ha illustrato quali nuovi materiali nanostrutturati possono essere impiegati a livello della membrana a scambio ionico e dei “microporous layers” per incrementare l’efficienza e la durabilità di questi sistemi. In particolare, la gestione dell’acqua prodotta dalle reazioni chimiche su cui è basato il funzionamento delle fuel cells, ma anche necessaria al buon funzionamento della membrana centrale, può essere notevolmente semplificata: l’utilizzo di grafene ossido auto-assemblante e opportunamente funzionalizzato in luogo delle più tradizionali membrane fluorurate, come anche di strati superidrofobici costituiti da nanoparticelle di carbonio e deposti tramite blade coating, potrà garantire un notevole incremento delle prestazioni nelle fuel cells del futuro.

Similmente, anche sul fronte dei supercondensatori, gli odierni avanzamenti nanotecnologici potranno incidere non poco sullo sviluppo di questi sistemi di stoccaggio dell’energia, caratterizzati attualmente da un’elevata densità di potenza ma purtroppo anche da una ridotta densità di energia. L’introduzione di nanotubi di carbonio, strettamente impaccati nella direzione dei piatti del condensatore, è tra le principali idee in fase di studio volte ad incrementare la superficie utile all’immagazzinamento della carica senza rinunciare alla compattezza necessaria a garantirne l’utilizzabilità in vari ambiti.

Come Consiglio Direttivo di NINE siamo molto soddisfatti dell’affluenza all’evento: hanno partecipato circa 80 Soci sui 130 attualmente iscritti!

Il seminario ha inaugurato l’attività delle Commissioni Tematiche Energia e Ambiente. Speriamo di proseguire sulla scia dell’entusiasmo che ha contraddistinto anche la fase finale di domande e risposte con il prof. Latorrata!

/da