Gruppo di ricerca «Nanoscienza di Superficie» Lorenzo Caputi Anna Cupolillo Pierfrancesco Riccardi Claudia Giallombardo Nadia Ligato Denia Marlenis Cid.

Presentazione sul tema: "Gruppo di ricerca «Nanoscienza di Superficie» Lorenzo Caputi Anna Cupolillo Pierfrancesco Riccardi Claudia Giallombardo Nadia Ligato Denia Marlenis Cid."— Transcript della presentazione:

1 Gruppo di ricerca «Nanoscienza di Superficie» Lorenzo Caputi Anna Cupolillo Pierfrancesco Riccardi Claudia Giallombardo Nadia Ligato Denia Marlenis Cid Perez Diana Carolina Coello Fiallos Gabriela Viviana Tubon Usca Cristian Isaac Vacacela Gomez

2 Dipartimento di Fisica Cubo 33C, piano terra Nanoscienza di Superficie - UHV Nanoscienza di Superficie - Materiali

3 Nanoscienza di Superficie - UHV Auger Electron Spectroscopy Low Energy Electron Diffraction Secondary Electron Emission Spectroscopy X/ray Photoelectron Spectroscopy

4 Nanoscienza di Superficie - UHV Plasmone di intrabanda del Grafene su Ni(111) Plasmone di interbanda del Grafene su Ni(111) Electron Energy Loss Spectroscopy

5 Nanoscienza di Superficie - Materiali Sintesi di nanotubi di carbonio GRAFENE

6 CARBONIO GRAFITEDIAMANTE 1985: fullereni Premio Nobel per la Chimica 1996 1991: nanotubi di carbonio 2004: GRAFENE Premio Nobel per la Fisica 2010

7 GRAPHENE 2010: Circa 3000 articoli Circa 400 brevetti

8 Grafene: elemento base di fullereni, nanotubi e grafite.

9 Grafene: struttura a bande tridimensionale Coni di Dirac

10 Linearità della curva di dispersione ai punti di Dirac. Gli elettroni si comportano come Fermioni di Dirac a massa nulla. A basse energie, gli elettroni nel grafene non sono caratterizzati dalla loro massa, ma dalla velocità di propagazione, la velocità di Fermi-Dirac, che assume un valore pari circa a 1/300 della velocità della luce.

11 PECULIARITA’ DEL GRAFENE Il più sottile materiale esistente. Il materiale con più elevato rapporto superficie/massa (2600 m 2 /g). Il materiale più resistente (più del diamante, modulo di Young 1.0 TPa). Il materiale con maggiore densità di corrente a temperatura ambiente (circa 1000 volte quella del rame). Il materiale con più elevata conducibilità termica (5.3x10 3 WmK -1 ). Completamente impermeabile ai gas. Il materiale con più elevato libero cammino medio degli elettroni a temperatura ambiente (300-500 nm). Elevata trasparenza (assorbe circa il 2% nel visibile). Velocità di Fermi: circa c/300 (1000000 ms -1 )

12 Possibili applicazioni del Grafene Dispositivi elettronici ultraveloci Sistemi nanoelettromeccanici Sensori Materiali compositi (incorporazione in materiali polimerici o ceramici) Contatti trasparenti (ad es. in dispositivi a cristalli liquidi) Schermi sensibili al tocco…

13 Produzione di grafene top-down bottom-up

14 ESFOLIAZIONE CHIMICA: SINTESI DI GRAFITE OSSIDATA Collaborazione con ITM-CNR, Dr. A Tavolaro Esfoliazione mediante…sonicazioneshock termico Ossidazione della grafite mediante attacco chimico

15 SEM grafite naturale Mix di 1g Grafite e 6g di KMnO 4 Aggiunta di soluzione acida (9:1 ; H 2 SO 4 /H 3 PO 4 ) 240mL di H 2 SO 4 26,8 ml di H 3 PO 4

16 Immagini SEM della grafite ossidata dopo cicli di filtrazione, lavaggi e centrifugazioni

17 Analisi XPS Grafite ossidata Analisi Raman Grafite naturale Grafite ossidata + shock termico

18 ADSORBIMENTO DI COLORANTI IN FASE LIQUIDA MEDIANTE GRAFITE OSSIDATA Colorante testato: Arancio di acridina t MATERIALI COMPOSITI A BASE DI RESINA EPOSSIDICA E GRAFITE OSSIDATA: TEST MECCANICI Collaborazione con DIMEG, Prof. L. Pagnotta

19 MATERIALI COMPOSITI

20 54’ (circa 16.5 m) 3.8 t (riduzione di circa il 75%) Bassi consumi (autonomia 2800 nm) Prototipo in materiale composito: Fibra di carbonio Resina arricchita con nanotubi di carbonio

21 MATERIALI COMPOSITI Il caricamento del materiale polimerico con grafene presenta notevoli vantaggi rispetto ai nanotubi di carbonio: Con solo lo 0.1 % di grafene, si ottiene: Modulo di Young: +31% (nanotubi +3%) Tensione di rottura: +40% (nanotubi +14%) Resistenza alla frattura : +53% (nanotubi +20%)

22 DISPOSITIVI ELETTRONICI Celle solari a base di grafene Consumo mondiale attuale: 13 TW Previsione 2050: 30 TW Potenza depositata dal sole: 120000 TW Potenza attuale generata mediante celle solari: 5 GW. Tecnologia attuale Elettrodo trasparente: ITO (a base prevalentemente di stagno)

23 Il Grafene come trasduttore per la realizzazione di sensori Possibilità di funzionalizzazione Stabilità chimica Elevata rapidità di risposta DISPOSITIVI ELETTRONICI

24

25 Celle solari a base di grafene Organic Photovoltaic Cells (OPV)

26 DISPOSITIVI ELETTRONICI Celle solari a base di grafene Organic Photovoltaic Cells (OPV) Celle solari a base di grafene Flessibilità

27 DISPOSITIVI ELETTRONICI

28 SAMSUNG, 2012

29