Organic Functional and Nanostructured Materials : Synthesis, Characterization, Modelling (FuN Mat)

Chiara Castiglioni, Mirella Del Zoppo, Matteo Tommasini, Argomenti di ricerca dei laboratori di : “Spettroscopia e dinamica molecolare”; “Progettazione e sintesi di materiali polimerici innovativi” Chiara Castiglioni, Mirella Del Zoppo, Matteo Tommasini, Chiara Bertarelli, Andrea Bianco, Andrea Lucotti Spettroscopia Sintesi, Caratterizzazione Processing Calcoli e modelli Metodi Quanto- Chimici IR, Raman, SERS (SERS sensori) UV/visible; Fluorescenza Molecole organiche funzionali (Fotocromiche, Memorie molecolari, Sensori, Fotovoltaico) Nano-fibre da elettrospinning Materiali di carbonio nanostrutturati Dinamica vibrazionale classica (molecole, polimeri, cristalli) Calcoli “ab-initio” (HF,DFT) e semiempirici (molecole, polimeri, cristalli e nanocristalli) Sperimentali Attività Modelli Teorici Competenze, materiali, metodi

Sviluppo di materiali intelligenti: memorie elettriche e dispositivi fotocromici - Materiali che rispondono in maniera controllata ad uno stimolo (es. cariche e fotoni) per applicazioni in elettronica molecolare, ottica ed optoelettronica. - Le proprietà dipendono dalla struttura molecolare o nell’organizzazione sovramolecolare  dispositivi miniaturizzati al limite molecolari. - Esempio: Derivati del tiofene per dispositivi di memoria (bistabilità elettrica).[1] - Caratterizzazione strutturale (spettroscopia) e modellazione (metodi teorici) dei passaggi che concorrono ad espletare la funzione memoria.[2] Non-volatile memory based on a β-phenyl substituted bithiophene[1] [1] M. Caironi et al., Appl. Phys. Lett., 2006, 89, 243519 [2] D. Fazzi et al., J. Phys. Chem. C., 2008, 112, 18628

Sviluppo di materiali fotocromici, per dispositivi ottici riscrivibili per irraggiamento: memorie ottiche e dispositivi per strumentazione astronomica (maschere di piano focale, reticoli volume e ologrammi per interferometria).[3] - Modellazione di materiali fotocromici con risposta « ottimizzata » (da calcoli teorici su sistemi molecolari modello) [4] [3] EU FP6 e FP7 Project: OPTICON (Optical Infrared Coordination Network for Astronomy); MIUR-PRIN 2006 Project (prot. 2006033499): “Photochromic polymers as active materials for innovative reference surfaces for optical interferometry” [4] G. Callierotti, A. Bianco, C. Castiglioni, C. Bertarelli, G. Zerbi, J. Phys. Chem A (2008) I materiali fotocromici cambiano colore in modo reversibile, ma non solo...anche indice di rifrazione, spettro IR,... Applicazione nei reticoli olografici di diffrazione:

Produzione e caratterizzazione di materiali fibrosi mediante electrospinning : realizzazione di fibre polimeriche (diametri tra 10 e 10000 nm) Elevata area superficiale : promozione dell’interazione tra superficie e ambiente. - nanofibre contenenti additivi adatti a conferire particolari proprietà alla membrana fibrosa (es. composto perflorurato  modifica della bagnabilità del materiale[1]); molecole fotocromiche  fibre che cambiano reversibilmente il colore. Orientamento molecolare che si traduce in un’elevata anisotropia delle proprietà[2] (caratterizzazione spettroscopica) Molecole droganti possono essere aggiunte alla soluzione di partenza oppure è possibile funzionalizzare la fibra facendo crescere un rivestimento attivo dopo la filatura. Un esempio di quest’ultimo approccio è la deposizione di TiO2 nanostrutturato su matrici di PLLA da usare come scaffold. Si sono realizzate anche fibre rivestite con un coating conduttivo di polipirrolo che sono state utilizzate come sensori[3].

Nuovi materiali di carbonio nanostrutturati - Spettroscopia Raman e Modellistica (Struttura elettronica, dinamica vibrazionale) longitudinal G- transversal G+ First-principles simulation of Raman and SERS response of carbon nanowires Polyynes are present in interstellar dust and particulates

Spettroscopia e modellistica di materiali molecolari coniugati - sviluppo di relazioni struttura-funzione nel campo dei materiali policoniugati per applicazioni in elettronica e fotonica. sistemi monodimensionali (i.e. polieni e poliacetilene, poliine) e bidimensionali (composti aromatici policiclici e grafene) [1-3] nanotubi di carbonio : risposta spettroscopica Raman e proprietà [4]. Parole chiave: delocalizzazione degli elettroni, confinamento elettronico in nano-domini, interazioni molecolari L'architettura molecolare su scala nanometrica e l'organizzazione supramolecolare possono essere investigate attraverso variazioni nella struttura vibrazionale. CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE di nanoparticelle di carbonio, carboni porosi (drogati e non), grafeni, nanocristalli sintetizzati da precursori molecolari (progetto EU in collaborazione con il Max-Plank di Mainz- gruppo del Prof. Muellen) [1] C. Castiglioni C, M. Tommasini, G. Zerbi, Phil. Trans. Roy. Soc. A (2004) [2] A. Lucotti, M. Tommasini, D. Fazzi, M. Del Zoppo, W.A. Chalifoux, M.J. Ferguson, G. Zerbi, R.R. Tykwinski, J. Am. Chem. Soc. (2009) [3] A. Milani, M. Del Zoppo, M. Tommasini, G. Zerbi, J. Phys. Chem. B (2008) [4] E. Di Donato, M. Tommasini, C. Castiglioni, G. Zerbi, Phys. Rev. B (2006) Particolato (soot) carbonioso

Bertarelli - Sviluppo di nuovi materiali funzionali organici per: Memorie ottiche riscrivibili Dispositivi ottici per strumentazione astronomica (in collaborazione con l’Osservatorio Astronomico di Brera) Fotorivelatori organici e celle fotovoltaiche organiche e ibride (in collaborazione con Prof. M. Sampietro – Dip.di Elettronica; Prof. G. Lanzani - Dip. di Fisica). Bertarelli-Bianco - Electrospinning: Fibre conduttive di polimeri coniugati da precursore (nanofili conduttivi) Fibre conduttive tipo core-sheath (misure di conducibilità su singola fibra, sviluppo di sensori, in collaborazione con Prof. Mannino – Università degli Studi di Milano) Membrane di assorbimento di sostanze inquinanti Membrane per rimozione di tossine (in collaborazione con Prof. Mannino – Università degli Studi di Milano) Bertarelli- Bianco- Altre preparazioni: Realizzazione di multistrati molecolari mediante tecniche Langmuir Blodgett e Self-Assembled Monolayer Sintesi di sistemi host/guest per rilascio controllato di principi attivi di rilevanza biologica.

Semiconduttori organici e materiali nanostrutturati Castiglioni – Tommasini – Del Zoppo – Lucotti : Modellistica e spettroscopia Semiconduttori organici e materiali nanostrutturati Elettronica molecolare: simulazione dei parametri molecolari che governano il trasporto di carica nei materiali organici (in collaborazione con l’Università di Bologna, Prof. F. Negri); Studio computazionale delle proprietà di assorbimento ed emissione di materiali organici, dalla singola molecola al cristallo; Materiali organici per celle fotovoltaiche: simulazione dei parametri molecolari che governano la fotoconducibilità; Materiali di carbonio nanostrutturati: morfologia e struttura elettronica (in collborazione con il Max-Plank di Mainz- gruppo del Prof. Muellen) Calcolo della struttura vibrazionale di sistemi complessi; Intensità di assorbimento IR e proprietà elettroniche 2. Polimeri e sistemi di interesse biologico/medico Interazioni intermolecolari (es. legami idrogeno) e loro monitoraggio spettroscopico; Sistemi host-guest Orientamento in materiali polimerici fibrosi da analisi di dicroismo IR e misure Raman in luce polarizzata Fibre funzionalizzate (caratterizzazione spettroscopica e modelli)