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PROGETTO ROBUSTO E CARATTERIZZAZIONE EM DI DISPOSITIVI BASATI SU NANOSTRUTTURE DI CARBONIO

Le attività di ricerca che verranno svolte sono di seguito descritte nell’ambito di ciascuno dei cinque obiettivi del progetto:O1 - Si svilupperanno modelli agli elementi finiti dei nanomateriali per descriverne i meccanismi di trasporto, partendo da un modello morfologico della struttura. In particolare verranno considerate matrici polimeriche e cariche nanometriche 1D (CNT e CNF), 2D (graphene) o 3D (grafite esfoliata). Il meccanismo principale di conduzione ipotizzato sarà l’effetto tunneling. Verrà seguito un approccio basato sulla teoria della percolazione elettrica. Parte dell’attività sarà rivolta allo sviluppo di modelli (sia circuitali che di campo) del trasporto elettrico nelle membrane cellulari, di spessore nanometrico, con particolare attenzione al fenomeno dell’elettroporazione elettrica per protocolli di Elettrochemioterapia.O2 - Si seguirà un approccio worst case basato sull’Analisi di Intervallo (IA) in presenza di funzione di prestazione (FP) in forma analitica. Laddove essa non esista, verrà proposto un approccio basato sulla determinazione per dati scatterati di una funzione polinomiale che descriva la prestazione stessa, utilizzando tecniche di Design degli Esperimenti e Response Surface Methodology. Ipotizzando la disponibilità di un modello che simula la prestazione elettromagnetica di interesse verrà definita una matrice di progetto contenente i punti da simulare nello spazio dei parametri complessivo, con un approccio full factorial discretizzando i fattori a tre livelli. La sensitività della FP verrà valutata analizzando il bounding della funzione così ottenuta applicando su di essa la Vertex Analysis. Verrà inoltre effettuata l’analisi di sensitività mediante approccio Monte Carlo (MC) per i modelli di conduzione nelle membrane plasmatiche.O3 - Verranno sviluppati codici appositi per la determinazione del progetto robusto basati su IA e/o su approccio MC. Nel primo caso la soluzione più robusta, in termini di soluzione nominale che minimizza la variazione della funzione di prestazione rispetto all’assegnata variabilità dei parametri di progetto, verrà individuata ricercando il minimo dell’ITE (Interval Taylor Extension). Nel caso invece di approccio MC, verranno sviluppati codici con i quali la soluzione più robusta si otterrà dalla minimizzazione della sensitività rispetto ai parametri di progetto non controllabili ottenuta calcolando la funzione obiettivo nello spazio dei parametri campionato in maniera da avere per ogni punto nominale anche gli estremi di variabilità.O4 - Verranno simulati dispositivi basati su strutture del carbonio: transitor ad effetto di campo basati su CNT (CNTFET), sensori meccanici o termici ed attuatori con elementi nanometrici. Verranno inoltre considerati dispositivi per schermatura elettromagnetica realizzati con multilayer di grafene o con strutture ottenute da stampa 3D. Si valuterà l’effetto sulle proprietà elettromagnetiche di altri fenomeni: meccanici, termici o acustici. Si prevede l’utilizzo di software commerciali. I modelli realizzati per la simulazione verranno inoltre sfruttati per generare le funzioni obiettivo su cui effettuare l’analisi di sensitività e il progetto robusto decritti nei punti O2 e O3 rispettivamente.O5 – Si realizzerà la caratterizzazione elettromagnetica in DC e bassa frequenza (fino a 1GHz) di nanomateriali. In particolare verranno considerati polimeri per stampanti 3D e resine epossidiche applicabili in ambito aeronautico. Come nanocariche si considereranno grafene e MWCNT commerciali, oltre a grafite esfoliata con controllato contenuto di gruppi carbossilici. Laddove possibile e di interesse verranno valutati anche gli effetti della temperatura e degli stress meccanici sul comportamento elettromagnetico degli stessi al fine di studiarne eventuali applicazioni sensoristiche.