RETI di LABORATORI - [Nuovi Materiali] MITT
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RETI di LABORATORI - [Nuovi Materiali] MITT

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RETI di LABORATORI - [Nuovi Materiali] MITT Presentation Transcript

  • 1. Materiali innovativi nano compositi e tecnologie di trasformazione per applicazioni strutturali e funzionali codice Rete: 13 Coordinatore scientifico Alfonso Maffezzoli Dipartimento di Ingegneria dell’Innovazione Università del Salento
  • 2. Le unità di ricerca Unità di ricerca Responsabile UR 1 – Laboratorio di Sceinza e Tecnologia dei Materiali Dipartimento di Ingegneria dell’Innovazione Università del Salento -Lecce http://mstg.unile.it Prof. Alfonso Maffezzoli UR2 –Unità Tecnica Tecnologie dei Materiali Brindisi (UTTMATB) Centro Ricerche ENEA - Brindisi www.brindisi.enea.it Dr. Leander Tapfer UR 3 - Laboratorio di Nanotecnologie applicate ai materiali soffici Dipartimento di Matematica e Fisica Università del Salento - Lecce www.nnl.it Prof Dario Pisignano
  • 3. Obiettivo della Rete La rete MITT è focalizzata sullo sviluppo di nuovi materiali nanocompositi a matrice polimerica per applicazioni strutturali e funzionali tramite: - sintesi e sviluppo di nuovi materiali nanocompositi - processing di materiali polimerici e nanocompositi - caratterizzazione strutturale, ottica e funzionale - realizzazione di prototipi e scale up dei processi La rete MITT prevede il set-up di una filiera che consenta di: - passare dalle materie prime a prototipi di media scala per successive fasi di caratterizzazione - modificare e sviluppare tecnologie innovative di produzione di materiali polimerici e nanocompositi facilmente industrializzabili. -modificare e sviluppare tecnologie innovative di produzione di materiali polimerici e nanocompositi facilmente industrializzabili. Settori di impatto  Nuovi Materiali  Nanotecnologie  Aerospaziale  Manifatturiero  Edilizia Sostenibile
  • 4. Domanda di innovazione del sistema produttivo La rete MITT è nata per soddisfare la crescente domanda di innovazione del sistema produttivo pugliese nel campo dei materiali polimerici e compositi a matrice polimerica e delle relative tecnologie di produzione, prevalentemente nei settori aerospaziale, dei trasporti e manifatturiero. L’assenza di ricerca e sviluppo da parte delle aziende pugliesi su questi nuovi materiali, con particolare riferimento ai materiali nanostrutturati, è una delle causa di una bassa competitività rispetto ad altre aziende competitor (italiane e straniere) operanti nel campo dei materiali compositi. Offerta tecnologica della Rete  Ricerca avanzata nell'area delle nanotecnologie per le aziende tecnologicamente più avanzate, prevalentemente nei settori aerospaziali e manifatturiero.  Servizi di consulenza tecnico-scientifica e caratterizzazione per le PMI  Trasferimento tecnologico  Processi industriali customized  Promozione di progetti finanziati in partnership con PMI  ATTIVITA’ DI FORMAZIONE • Progetto MIPER - Materiali e metodologie innovative per prodotti nel settore delle energie rinnovabili • Progetto TEXTRA - Tecnologie e materiali innovativi per l’industria dei mezzi di trasporto • Progetto MATRECO - Materiali avanzati per trasporti ecosostenibili • Progetto SMATI-F - Sviluppo di materiali avanzati e tecnologie innovative per turbo macchine per impiego in condizioni estreme • Progetto SILVER - Ricercatori specializzati in tecnologie tessili e processi per la funzionalizzazione delle superfici
  • 5. Le attività svolte al 31/12/2013 Attività/progetto/servizio 1. SVILUPPO DI SERBATOI OTTENUTI PER STAMPAGGIO ROTAZIONALE CON MATERIALI NANOCOMPOSITI INNOVATIVI Risultati raggiunti Ricadute industriali - Sviluppo di compositi a matrice termoplastica rinforzati con nanoargille organicamente modificate. - Sviluppo di materiali nanocompositi con migliori proprietà di permeabilità, resistenza al fuoco e resistenza meccanica rispetto alle corrispondenti matrici termoplastiche presenti sul mercato. - Realizzazione di prototipi di serbatoi per liquidi infiammabili in materiale nanocomposito mediante il processo di stampaggio rotazionale. Altri risultati • 1 brevetto italiano • pubblicazioni scientifiche su riviste internazionali Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto TELCOM S.p.A. collaborazioni SIC divisione elettronica s.r.l. collaborazioni Primenove collaborazioni
  • 6. Immagini (fotodellestrumentazionie/odiprototipi,prodotti,impiantipilota) Serbatoio realizzato tramite stampaggio rotazionale Recipiente in polietilene con barre pultruse in fibra di vetro ottenuto per stampaggio rotazionale Residuo dopo prova di combustione di campione in matrice termoplastica nanocaricata
  • 7. Le attività svolte al 31/12/2013 Attività/progetto/servizio 2. SVILUPPO DI SOFT PVC NANOCOMPOSITI A BASE DI PLASTICIZZANTI INNOVATIVI Risultati raggiunti Ricadute industriali - Sviluppo di un nuovo materiale di origine naturale da impiegare come plasticizzante del PVC, in sostituzione di plasticizzanti, tossici e nocivi per l’uomo, a base di ftalati. -Sviluppo di sistemi di soft PVC a ridotto impatto tossicologico, attraverso l’utilizzo di plasticizzanti innovativi e atossici. - Messa a punto di un sistema per l’esterificazione solvent free di cardanolo. - Messa a punto di un sistema per l’epossidazione di cardanolo. - Realizzazione di prototipi di PVC plasticizzato per estrusione e calandratura. Altri risultati Approvato progetto europeo CIP-eco-innovation (PLACARD) Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto KOMMI Srl partecipazione PLACARD Serichim partecipazione PLACARD Polynt S.p.A collaborazione
  • 8. Immagini (fotodellestrumentazionie/odiprototipi,prodotti,impiantipilota) Dalla noce di Anacardio si estrae un olio alchil- fenolico, che è costituito principalmente da cardanolo, un fenolo con una lunga catena laterale. Reazioni di epossidazione ed esterificazione del cardanolo, necessarie a migliorarne la compatibilità con il PVC. Prototipo di PVC plasticizzato.
  • 9. Le attività svolte al 31/12/2013 Attività/progetto/servizio 3. SVILUPPO DI SCHIUME POLIURETANICHE NANOCARICATE A BASSA INFIAMMABILITÀ Risultati raggiunti Ricadute industriali - Sviluppo di nanoargille organicamente modificate dotate di compatibilità con i polioli usati per la produzione di schiume poliuretaniche. - Sviluppo di polioli nanocaricati per la produzione di schiume poliuretaniche - Messa a punto di un processo per la modifica organica di nanoargille per polioli. - Messa a punto di un di un processo per la nano carica di polioli per la produzione di schiume poliuretaniche. - Realizzazione di prototipi di schiume poliuretaniche nanocaricate. Altri risultati Pubblicazioni scientifiche ed estensione dei concetti sviluppati ad altre matrici Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto Cimteclab Srl collaborazioni Inox Style Srl collaborazioni Giannuzzi Srl collaborazioni Valpolymer srl collaborazioni Elantas Camattini S.p.A. sponsorizzazione Salento racing team
  • 10. Immagini (fotodellestrumentazionie/odiprototipi,prodotti,impiantipilota) Nanocarica per schiume poliuretaniche a bassa infiammabilità Prova di combustione su schiuma poliuretanica nanocaricata Schiuma poliuretanica nanocaricata con grafite espandibile dopo prova di combustione
  • 11. Le attività svolte al 31/12/2013 Attività/progetto/servizio 4. SVILUPPO DI FILM POLIURETANI E POLIESTERI NANOCOMPOSITI A RIDOTTA PERMEABILITÀ Risultati raggiunti Ricadute industriali • Realizzazione di film poliuretani nanocaricati a ridotta permeabilità. • Realizzazione di film poliestere nanocaricati a ridotta permeabilità. • Sviluppo di processi di produzione di film nanocompositi a matrice poliuretanica e poliestere a ridotta permeabilità • Realizzazione di prototipi di film nanocompositi poliuretanici e poliesteri a ridotta permeabilità Altri risultati • 4 pubblicazioni scientifiche su riviste internazionali Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto ALPAK FLEXIBLES s.r.l Mastek Srl Icimen 2 Srl
  • 12. Immagini (fotodellestrumentazionie/odiprototipi,prodotti,impiantipilota) Film poliuretanico applicato su un contenitore per la prova di permeabilità al vapore acqueo Riduzione di permeabilità al vapore acqueo del 70% nei film nanocompositi prodotti Film poliuretanici nanocaricati prima e dopo la prova di trazione 0 8 16 24 32 40 48 0 1 2 3 4 5 Permeabilità al vapore acqueo -70% Variazionedipeso(g) Tempo (h) 0%vol 4.6%vol 5.7%vol
  • 13. Le attività svolte al 31/12/2013 Attività/progetto/servizio 5. INIEZIONE ED ESTRUSIONE DI PRODOTTI ESPANSI Risultati raggiunti Ricadute industriali • Realizzazione e caratterizzazione di polimeri espansi a bassa densità attraverso l’utilizzo di agenti espandenti chimici di origine naturale e a basso costo. • Messa a punto di un processo di estrusione di prodotti espansi. • Messa a punto di un processo di iniezione di prodotti espansi. • Realizzazione di prototipi di polimeri espansi a bassa densità. Altri risultati • Commessa di ricerca con EUROPEA MICROFUSIONI AEROSPAZIALI SPA e con SALENTEC srl. Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto Italplastica Srl Prog. partenariati Chetta Srl Prog. partenariati Europea Microfusioni Aerospaziali commessa di ricerca Plastik Srl collaborazioni Salentec srl commessa di ricerca
  • 14. Immagini (fotodellestrumentazionie/odiprototipi,prodotti,impiantipilota) Prototipi schiumati in polietilene Pressa a iniezione e stampo per la produzione di prototipi per caratterizzazione meccanica Densità di prodotti espansi contenenti diversi agenti espandenti Si30b Si0AZC10 Si0AZC10GE20 Si0GE20 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 density(g/cm 3 ) sample Si30b: gomma non schiumata Si0AZC10: gomma schiumata con azodicarbonamide al 10% Si0GE20: gomma schiumata con gesso al 20% Si0AZC10GE20: gomma schiumata con AZC e gesso
  • 15. Attività/progetto/servizio 6. CARATTERIZZAZIONE DEI NANOCOMPOSITI Risultati raggiunti Ricadute industriali Caratterizzazione morfologica e microstrutturale di nanomateriali a base di ossidi (p.e. titania), metalli (Au, Ni, Cu, Cd, ecc.), idruri metallici (MgH2), semiconduttori composti (p.e. CdS, InP, CdTe, ecc.) o materiali a base di carbonio (nanotubi, nanofibre, nanowalls, ecc.). L’introduzione di nanoparticelle in altri matrici di materiali consente di modificare le proprietà funzionali del materiale matrice stesso. La caratterizzazione delle nanoparticelle (nanofillers) e dei nanocompositi è fondamentale in quanto le proprietà funzionali dei materiali dipendono fortemente dalla loro dimensione, microstruttura e composizione. Per esempio, i) l’integrazione matrici polimeriche apre la strada ad una classe di smart materials dalle arricchite proprietà meccaniche, elettroniche, optoelettroniche e termiche; ii) l’inserimento di nanoparticelle in sostanze liquidi per la formazione di nanofluidi (migliore trasporto di calore); iii) nano- e/o microparticelle di idruri metallici disperse in polimeri microporosi per l’accumulo di idrogeno. Altri risultati Pubblicazioni Brevetti Test e procedure di analisi Metodologie, studi di fattibilità Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto CETMA Commesse, collaborazioni TCT srl Partner progetto , studi di fattibilità, collaborazione, commessa
  • 16. Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto TCT srl - Brindisi Consulenza tecnico scientifica (Ultracentrifuga) TCT srl - Brindisi Commessa (analisi SAXS)
  • 17. Immagini (fotodellestrumentazionie/odiprototipi,prodotti,impiantipilota) =360 nm Spettro di scattering a bassi angoli ottenuto da NP di oro altamente monodisperse Realizzazione di nanocristalli di fosfuro di indio (InP) tramite processi di sintesi colloidale Scattering di raggi X in condizioni di basso angolo (SAXS). CR ENEA Spettri SAXS e WAXS ottenuto da nanocomposito di nanocristalli di CdS dispersi in PMMA
  • 18. Attività/progetto/servizio 7. PRODUZIONE DI NANOFILLERS E DISPERSIONE IN MATRICI POLIMERICHE PER APPLICAZIONI ELETTRONICHE ED OTTICHE Risultati raggiunti Ricadute industriali Sono stati preparati una vasta gamma di materiali nanostrutturati inorganici, organici o ibridi. In particolare, nanocompositi ibridi organici-inorganici, dove si combinano le proprietà dei polimeri organici con le proprietà dei nanocristalli Nanoparticelle di metalli e semiconduttori inorganici incorporati in polimeri possono essere utilizzati per la realizzazione di materiali impiegati in ottica (filtri), elettronica, optoelettronica (OLED) e sensoristica (sensori di radiazione/luce, pressione/deformazione, gas/vapori). Per esempio, i) l’integrazione matrici polimeriche apre la strada ad una classe di smart materials dalle arricchite proprietà meccaniche, elettroniche, optoelettroniche e termiche; ii) l’inserimento di nanoparticelle in sostanze liquidi per la formazione di nanofluidi (migliore trasporto di calore); iii) nano- e/o microparticelle di idruri metallici disperse in polimeri microporosi per l’accumulo di idrogeno; iv) nanocompositi a base di nanostrutture di carbonio in polimeri per la realizzazione di materiali supercapacitori. Altri risultati 11 pubblicazioni scientifiche su riviste internazionali Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto
  • 19. Immagini (fotodellestrumentazionie/odiprototipi,prodotti,impiantipilota) Forno RTA per la sintesi di nanoparticelle di CdS tramite rapid thermal annealing. CR ENEA Immagine TEM del nanocomposito a base di CdS/MEH-PPV Analizzatore elementare per il controllo dei prodotti di sintesi chimica. CR ENEA
  • 20. Le attività svolte al 31/12/2013 Attività/progetto/servizio 8. Sintesi e purificazione di nanotubi di carbonio Risultati raggiunti Ricadute industriali Ad oggi sono stati messi a punto processi di crescita di nanotubi di carbonio, sia verticalmente allineati sia non allineati, con diametro tra i 10 e i 50 nanometri e lunghezze fino a 40 micron. Tali nanotubi di carbonio sono già stati utilizzati per la realizzazione di sensori di gas , principalmente NO2, SO2, CO. Materiali Compositi ottenuti mediante integrazione di nanotubi di carbonio in matrici polimeriche possono essere utilizzati in settori quali quello dei trasporti (automotive, aereonautico) per la realizzazione di materiali ultraresistenti e ultraleggeri, per la realizzazione di sensori avanzati per gas (monitoraggio qualità dell’aria, domotica, controllo di processi industriali) per sensori fisici (pressione, strain,deformazione). Altri risultati 7 pubblicazioni su riviste scientifiche internazionali Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto INGEL S.A.S. Commessa MATRIX srl Partner progetto CETMA Partner progetto
  • 21. Immagini (fotodellestrumentazionie/odiprototipi,prodotti,impiantipilota) Sonda Langmuir probe per la caratterizzazione dei plasmi in impianto PECVD. CR ENEA Ultracentrifuga per la purificazione dei nanotubi di carbonio e nanoparticelle metalliche e semiconduttori. CR ENEA Immagine FE-SEM di nanotubi di carbonio (CNT networked films) su substrato di alluminaSpettro RAMAN di CNT networks
  • 22. Le attività svolte al 31/12/2013 Attività/progetto/servizio 9. NANOFIBRE DI CARBONIO Risultati raggiunti Ricadute industriali Realizzazione di nanofibre di carbonio a partire da fibre polimeriche ottenute tramite electrospinning, con riduzione dei costi di fabbricazione e di gestione per il processing polimerico Realizzazione di prototipi di nanomateriali basati su nanofibre di carbonio Altri risultati Pubblicazioni, Prodotti (creazione/miglioramento)/Materiali, Processi, Prototipi/dimostratori Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto
  • 23. Immagini (fotodellestrumentazionie/odiprototipi,prodotti,impiantipilota) Processi: A sinistra è visibile una immagine al microscopio elettronico a di una matassa di nanofibre raccolte ad una distanza pari a 20 cm ed una tensione applicata di 18 kV. (B) Istogramma della relativa distribuzione dei diametri. FORNACE ALTA TEMPERATURA IN ALTO VUOTO DN-320/H300/2000 Range di temperatura fino a 1900 °C con rate max 5°C /min. Prototipi: Fibre polimeriche in corrispondenza di diversi trattamenti di processo: (A) fibre polimeriche (colorazione bianco-lattescente), (B) fibre sottoposte a trattamento termico in presenza di ossigeno (bruno-rossiccio), (C) fibre carbonizzate in alto vuoto (nero intenso).
  • 24. Le attività svolte al 31/12/2013 Attività/progetto/servizio 10. MICROLAVORAZIONE E PATTERNING DI MATERIALI NANOCOMPOSITI Risultati raggiunti Ricadute industriali Messa a punto di processi nanolitografici su materiali nanocompositi, quali litografie a nanostampa e modellatura assistita da stampo morbido Altri risultati Pubblicazioni, Processi, Caratterizzazione di prodotto/materiali Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto
  • 25. Immagini (fotodellestrumentazionie/odiprototipi,prodotti,impiantipilota) Processi: Struttura master (sinistra) e pattern trasferito su superfici nanocomposite a base di nanotubi di carbonio. Risoluzione sub-50 nm. SISTEMA DI MICROSCOPIA CONFOCALE NIKON con microscopio rovesciato da ricerca capace di operare in luce riflessa trasmessa e fluorescenza Caratterizzazione di nanomateriali: matassa di fibre di carbonio funzionalizzate tramite marcatura a fluorescenza.
  • 26. Attività promozionali svolte  Partecipazione a Startcup Puglia 2012: Premio per settore industria con progetto Plutobox e partecipazione a Startcup Nazionale 2012  Partecipazione al Festival dell’Innovazione (Bari, 2010 e 2013) e Fiera dell’Innovazione (Lecce, 2013)  Organizzazione di un workshop sulle attività delle Rete (Brindisi, ottobre 2012)  Presentazioni a congressi internazionali e nazionali  Pubblicazioni scientifiche su riviste internazionali  Iscrizione della rete MITT nel Catalogo Pubblico Partner Living Lab  Distribuzione carta di servizi presso incontro tecnico ILO CNR- Confidustria Bari  Realizzazione di un filmato sulle attività promozionali della rete MITT  Esposizione della carta dei servizi della rete sul sito http://www.nanojets.eu/projects Sito web della Rete: https://sites.google.com/site/mittnano/
  • 27. Progetti e servizi in corso  Progetto HYDROSTRORE - (MSE, Industria 2015) – Sviluppo di sistemi innovativi d’accumulo dell’idrogeno (Inglobamento di idruri in supporti polimerici) (importo totale UR (BR) 293k€)  Progetto MATRECO – Materiali avanzati per trasporti ecosostenibili (importo totale UR 1.875 k€)  Progetto Partenariato Regionale VLA – Implementazione di un Velivolo innovativo monomotore biposto di categoria VLA (importo UR 105 k€)  Progetto SMATI – Sviluppo di materiali Avanzati e tecnologie innovative per turbo macchine per impiego in condizioni estreme (importo totale UR 1.240 k€) Progetti e servizi conclusi  Accordo di Programma MSE-ENEA sulla Ricerca di Sistema Elettrico. Progetto 3.5 – Studio per lo sviluppo di materiali innovativi per il risparmio di energia nel settore elettrico con particolare attenzione ai materiali per i mezzi di trasporto collettivi (importo totale UR 132 k€)  Progetto MIPER – Sviluppo di materiali Avanzati e tecnologie innovative per turbo macchine per impiego in condizioni estreme (importo totale UR 370 k€ ) Attività di servizio svolte (2k€) Contratti di ricerca (35 k€)
  • 28. Attività programmate Progetti PON: - SPIA:- Strutture Portanti Innovative Aeronautiche (Partner: AAEM, Avio, Cetma, Dema, Enginsoft, Salver, Politecnico di Bari, Università del Salento, UR1: importo totale 190 k€) - DITECO Difetti, danneggiamenti e tecniche di riparazione nei processi produttivi di grandi strutture incomposito, (Partner: AAEM, Cetma, CNR-ITIA, CNR-ISSIA, Enea, Enginsoft, GSE, Salver, Politecnico di Bari, Università del Salento, UR1; importo totale 500 k€) - INNOVASOL – Sviluppo di tecnologie innovative nel campo del solare a concentrazione (importo totale per UR2-ENEA Brindisi: 630 k€) - EFFEDIL – Soluzioni innovative per l’efficienza Energetica in edilizia; (materiali compositi ad elevata efficienza termica per applicazioni in campo dell’edilizia) (importo totale per UR2 780k€) - SEB – Smart energy boxes. (compositi e nanocompositi per applicazioni energetiche: polimeri non fluorurati per la fabbricazione di membrane a scambio protonico per applicazioni in celle a combustibile ad elettrolita; nanofibre o nanotubi di carbonio in polimeri conduttori per la fabbricazione di supercapacitori) (importo totale per UR2: 630 k€) - Progetto Cluster SAFE & SMART – Nuove tecnologie abilitanti per la food safety e l’integrità della filiera agro-alimentare in uno scenario globale; (importo totale per UR2-120 K€) Progetti Europei - Progetto CIP-EIP 2012 PLACARD – Cardanol Based PVC Plasticizers (Partner : EUPC, Kommi, Serichim, UR1 rete MITT; importo totale 987 k€) - ERC Ideas Starting Grant “Next-generation polymer nanofibers: from electrified jets to hybrid optoelectronics (NANO-JETS), importo totale 1490 k€)