Curriculum prof. Valentini Antonio

 Curriculum prof. Valentini Antonio RICERCA L’attività di ricerca si è sviluppata fin dall’inizio della propria carriera universitaria all’interno di un laboratorio di cui il sottoscritto ha avuto fin da subito una responsabilità scientifica e tecnologica. Tale laboratorio dedicato alla crescita di film sottili, ha subito diverse evoluzioni nel tempo fino a giungere alla configurazione attuale che vede la presenza di due evaporatori, uno sputtering a radio frequenza, uno sputtering a fasci ionici, un sistema di deposizione mediante spray. Al laboratorio di crescita è sempre stato affiancato uno di chimica per la preparazione dei substrati e uno di caratterizzazione elettrica. Ultimamente a seguito di un finanziamento ottenuto da un POR si è aggiunto un Microscopio Elettronico in Trasmissione. Buona parte delle attività di ricerca si sono accentrate sullo studio di materiali a film sottile cresciuti nel proprio laboratorio. La scelta del particolare materiale da studiare è stata fatta di volta in volta o avendo definito prima il campo di applicazione e quindi il lavoro di ricerca ha avuto come goal la scelta della tecnica di crescita, la messa a punto dei relativi parametri fino alla realizzazione di un prototipo di dispositivo cui il materiale era destinato. Esempi di tale attività sono la preparazione di film di ossido di zinco per applicazioni in dispositivi acusto elettrici o acusto ottici, o per applicazioni come strato trasparente e conduttivo in celle solari, o attualmente, disperso sotto forma di grani nanometrici in matrice polimerica, per applicazioni in trattamenti biocidi di superfici. Oppure lo studio di materiali per la realizzazione di contatti ohmici o rettificanti. Esempi lo sono lo studio di barriere Schottky titanio/arseniuro di gallio o, attualmente lo studio dell’interfaccia ossido di indio e stagno/nanotubi di carbonio. In altri casi, basandosi sulle potenzialità che una tecnica fornisce, si è pensato di utilizzarla per la crescita di materiali innovativi e successivamente tali materiali sono stati ulteriormente sviluppata pensando ad un particolare loro tipo di applicazione. Esempi di questo sono l’applicazione dell’ion beam sputtering per ottimizzare materiali già studiati con altre tecniche, come è avvenuto per l’ossido di zinco, o utilizzare la stessa tecnica, sfruttandone la capacità di sputtering contemporaneo di due materiali o assistendo il materiale in crescita con un fascio di bassa energia, per la realizzazione di composti quali il carburo di silicio, o ossidi e nitruri di metallo. Non ultimo nel tempo l’applicazione di questa tecnica per crescere film polimerici, come ad esempio i teflon‐like, che ha consentito nel tempo di poter sviluppare ricerche nel campo delle nanotecnologie con la realizzazione di compositi metallo‐polimero e ossido/polimero per la realizzazione di sensori o per trattamenti biocidi di superfici. Sempre nell’ambito delle nanotecnologie, attualmente sono in fase di studio fotorivelatori basati su nanotubi di carbonio, che ha portato a mettere a punto una tecnica di spray per la realizzazione di film a partire da polveri. Caratterizzazione di film teflon‐like e loro applicazioni Da diversi anni è stata messa a punto la deposizione di film teflon‐like mediante sputtering con fascio ionico di un bersaglio di Teflon. Mediante il controllo dei parametri caratteristici del fascio è possibile controllare il grado di reticolazione del materiale ottenuto. I risultati acquisiti hanno consentito di applicare la tecnica in campi quali la Field‐Flow Fractionation (FFF) per la separazione di analiti di qualsiasi origine di dimensioni micrometriche e sub micrometriche, o per la ricopertura di protesi sanguigne da impianto, o per il trattamento di materiali tessili. Altro sviluppo fondamentale di questa attività è stata la possibilità di entrare nel campo delle nanotecnologie potendo realizzare, come verrà descritto con maggior dettaglio di seguito, materiali compositi. Caratterizzazione di film compositi nanostrutturati inorganici/teflon‐like e loro applicazione Si è condotto un esteso studio chimico‐fisico su film compositi nanostrutturati metallo‐fluoropolimero depositati per ion beam co‐sputtering e se ne è investigato l’impiego come strati attivi in sensori di gas e vapori. Quando il composito è esposto a vapori di solventi organici, si verificano delle sensibili e reversibili variazioni di conducibilità, massa e spessore dovute al rigonfiamento (swelling) del materiale, la cui entità è funzione della polarità del solvente, della natura del metallo e della sua concentrazione nel composito (φ). La caratterizzazione spettroscopico/morfologica ha evidenziato le proprietà nanometriche dei cluster inorganici, con diametri compresi tra 2 e 8 nm; la distribuzione delle nanoparticelle metalliche è isotropa nel piano di deposizione del materiale, con una anisotropia lungo la direzione perpendicolare, risultando meno abbondanti nello strato più superficiale (circa 10 nm) dei compositi; la superficie dei cluster è risultata parzialmente ricoperta da specie polari e reattive quali fluoruri ed ossidi (Meox) responsabili del riconoscimento del tipo di analita nel sensore. I materiali compositi nano strutturati, sempre realizzati per ion beam co‐sputtering, contenenti rame, argento o ossido di zinco come componente inorganica, sono in fase di test come strati di ricopertura anti microbici di materiale tessile. Per questi materiali lo studio chimico‐fisico è rivolto ad evidenziare le proprietà nanometriche della componente inorganica e la eventuale formazione di composti (es. fluoruri di metallo) che potrebbero essere incompatibili con le applicazioni bio a causa di interazioni dannose con il corpo umano. I materiali sottoposti a test in brodo di culture (es. Staffilococco Aureus o Escherichia Coli) hanno dimostrato una buona funzionalità antibatterica. Caratterizzazione di film di materiali a base di carbonio e loro applicazioni E’ stato condotto uno studio esteso sulle proprietà fotoconduttive di materiali a base di carbonio, quali film di diamante poli‐ e nano‐cristallini per applicazioni in dispositivi fotorivelatori. Al fine di ottimizzare le prestazioni del sensore nell’ultravioletto e per raggi X molli, oltre ad effettuare test su film preparati mediante Microwave Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (MWPECVD), è stato effettuato uno studio esteso su film Diamond‐Like Carbon ottenuti con la tecnica di sputtering con fascio ionico (IBS) di target di Carbonio. Da anaisi chimiche è stato possibile calcolare una figura di merito in grado di stimare l’abbondanza relativa di Carbonio sp2 e sp3 nei campioni, ottenendo per quelli depositati per IBS circa il 15±4%, intermedio tra quello della grafite (0%) e quello dei campioni MWPECVD (20±1%). Oltre ad ottimizzare i processi di deposizione dei film, è stato necessario ottimizzare i processi tecnologici per realizzare il pattern dei contatti. Sui nanotubi di carbonio si sta effettuando uno studio comparato di dispositivi fotorivelatori basati su materiali cresciuti con due diverse tecniche, la Chemical Vapor Deposition (CVD) e la Spray (S). In particolare è stata messa a punto la tecnica spray che consente di depositare strati di materiale a temperature prossime a quelle ambiente (Tamb‐120° C), al contrario della CVD, che richiede invece più alte temperature (500‐800 °C) . Gli spray vengono effettuati a partire da polveri di nanotubi di carbonio sia a parete multipla che a parete singola, che vengono disperse in un solvente mediante un processo di sonicazione. La soluzione che infine si ottiene viene spruzzata su diversi substrati delimitandone le zone di ricopertura con opportune maschere. Sono stati realizzati dispositivi fotorivelatori su substrati di silicio e analizzata la risposta alla luce. Lo studio ancora in atto si sta ampliando ai nanotubi a parete singola ed in particolare si stanno studiando in maniera comparativa le proprietà elettriche delle interfacce nanotubi ( a parete singola o a parete multipla) con silicio, sia di tipo p che n, e con ossidi conduttivi quali l’ossido di zinco impoverito di ossigeno e l’ossido di indio e stagno. Tale studio oltre ad essere finalizzato alla realizzazione di un prototipo finale di dispositivo fotorivelatore ad alta efficienza è anche finalizzato ad uno sviluppo futuro che i nanotubi di carbonio cresciuti per spray potrebbero avere nell’ambito della sensoristica per il controllo ambientale. DIDATTICA L’attività didattica svolta negli anni è sempre rientrata nel carico che veniva assegnato sulla base del ruolo ricoperto dal sottoscritto , per cui partendo come ricercatore con esercitazioni in vari corsi di Fisica, sia di base che laboratori didattici, da associato ha potuto tenere corsi di lezioni assegnati come carico didattico istituzionale a cui ha aggiunto sempre carichi aggiuntivi in cui riteneva di poter dare un suo apporto, come ad esempio un corso di Materiali Nanostrutturati per le lauree di Fisica e Chimica Specialistica e Fisica dei Materiali con Laboratorio per Scienze dei Materiali Attualmente sta tenendo i seguenti corsi: ‐ Laboratorio di Fisica per Biologia ‐ Modulo di Struttura della Materia per Scienze dei Materiali ‐ Dispositivi a Semiconduttore per la Specialistica di Fisica A queste attività si è sempre affiancata una di tutoraggio su laureandi, dottorandi e assegnisti, che hanno deciso di svolgere la loro attività di ricerca e formazione nel laboratorio del sottoscritto . Le conoscenze acquisite negli anni sulle metodologie di crescita di film sottili mediante tecniche fisiche e sulla loro caratterizzazione, hanno consentito al sottoscritto di tenere anche nel tempo corsi di formazione di giovani ricercatori e tecnologi per il loro futuro inserimento in Centri di Ricerca di nuova istituzione nel territorio. Attività formative che negli ultimi anni si sono estese anche a corsi nell’ambito della formazione in Progetti Regionali e Nazionali cui il sottoscritto è stato ed è tuttora coinvolto.