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DISPOSITIVI BASATI SU FORME NANOMETRICHE DEL CARBONIO: CARATTERIZZAZIONE ELETTROMAGNETICA E RELATIVI MODELLI

L'attività di ricerca proposta riguarda:a) la messa a punto e la caratterizzazione EM di materiali multifase per l'industria elettrica ed elettronica, con un approccio del tipo “design ad hoc”, con cariche nanometriche di carbonio mono- o duplice dimensionaleb) lo sviluppo di modelli e metodi di simulazione multiscala in grado di portare in conto le proprietà nanostrutturali e di interazione sulle prestazioni funzionali dei dispositivi in cui essi sono utilizzati.In particolare, per quanto riguarda il primo punto, sarà effettuata la caratterizzazione delle proprietà elettriche e/o dielettriche in continua, in bassa frequenza e nella banda RF fino a 1GHz. Parte di tali misure saranno condotte al variare del campo elettrico, della temperatura e di stress termici e/o meccanici applicati. Verranno considerati materiali polimerici nanocaricati (nanocompositi) a doppia o multipla fase. Quali cariche verranno prese in considerazione le forme nanometriche del carbonio, con dimensioni predominanti in una (CNTs- Carbon NanoTubes o CNFs- Carbon Nano Fibers NTs) o due direzioni (graphene sheet GS). L'analisi delle proprietà elettriche sarà correlata alle caratteristiche morfologiche al fine di ottenere una accurata descrizione dei modelli di trasporto e analizzare la dipendenza dei parametri caratteristici delle leggi che descrivono la conducibilità alla soglia di percolazione. Particolare attenzione sarà rivolta ai parametri incerti e alla loro influenza sulle prestazioni attese per realizzare un’analisi finalizzata alla sintesi che si può ottenere con i modelli sviluppati nella voce b) della proposta e giungere ad un design-ad-hoc. Sempre nell'ottica di un modello che guidi la progettazione del dispositivo e al contempo fornisca informazioni sulla effetiva "fisica" che controlla i meccanismi di conduzione, verrà affrontato lo studio e lo sviluppo di modelli numerici per la soluzione di schermi EM multistrato realizzati con materiali nanostrutturati.Nello studio dell’impiego di dispositivi basati su strutture nanometriche come CNT, CNF o i GS, al fine di valutare il vantaggio dell’interazione con la materia alle dimensioni tipiche delle molecole, verranno impiegati modelli agli elementi finiti in grado di prendere in considerazioni, sia nello spazio che nel tempo, comportamenti EM non sempre basati sulla fisica classica e tipicamente non lineari. In questo contesto verranno considerati anche modelli elettrofisiologici di cellule e di tessuti biologici come particolari “materiali”. Verranno considerati incerti e analizzate le dipendenze dalla forma d’onda dello stress nonché dalle caratteristiche EM dei materiali. Infine i modelli verranno sviluppati in relazione alle seguenti applicazioni:a) progettazione ed ottimizzazione di nanomateriali basati sull’utilizzo di strutture allotropiche del carbonio come carica conduttiva, con particolare attenzione al fattore di forma, in presenza di incertezze sui parametri fisici e geometrici di tali strutture;b) progettazione ed ottimizzazione di celle di misura e trattamento EM a dimensioni microscopiche basate su reti di CNT o GS;c) studio della dipendenza dell’elettroporazione dalla tipologia di cellulaLa presente proposta integra le conoscenze già disponibili nel settore dei nanocompositi e dei dispositivi basati su strutture nanometriche e si caratterizza per i seguenti aspetti di originalità:a) intende caratterizzare nuovi nano compositi per i quali in letteratura sono disponibili risultati scarsi o nulli;b) analizza la correlazione tra proprietà morfologiche e strutturali con le proprietà elettriche, con particolare attenzione alla geometria delle diverse fasi presenti nel materiale, ed integra tali informazioni in modelli e codici numerici sia nell’ambito dei nanomateriali che nella modellistica EM di sistemi biologici;c) applica concetti di incertezza e modellistica multiscala nell’ambito di fenomeni e mezzi non lineari.