riassunto_progetto_Diletto.

Materiali polimerici nanostrutturati per il controllo della morfologia su
scala nanometrica e applicazione nelle nanotecnologie
PhD Studente
Claudia Diletto
Tutors
Prof. Claudio De Rosa
Prof.ssa Finizia Auriemma
Il progetto di ricerca si colloca nell’area dell’elettronica organica, un settore multidisciplinare
della moderna scienza dei materiali che ha come scopo la produzione di nuovi materiali per
l’elettronica basati su composti organici o, più in generale, sul carbonio anziché sul silicio come
nell’elettronica tradizionale.
Lo sviluppo dell’elettronica organica negli ultimi anni è stato principalmente affidato allo
studio dei polimeri conduttivi o dei polimeri basati su nanocompositi, in cui nanoparticelle
metalliche o magnetiche sono disperse in una matrice polimerica costituita da omopolimero amorfo.
Nanoparticelle metalliche, semiconduttive o magnetiche, mostrano potenzialità nel diventare
“building blocks” fondamentali per la microelettronica, ottica e dispositivi di memoria, grazie alle
loro proprietà uniche di agire da ponte tra il mondo molecolare e quello macroscopico. Tuttavia,
l’utilizzo delle nanoparticelle è rallentato dalla nostra attuale limitata capacità di organizzarle in
arrays periodici di strutture predefinite. Un approccio innovativo e promettente che si utilizza in
questo progetto consiste nell’uso di copolimeri a blocchi (BCPs), piuttosto che omopolomeri, come
matrice per la dispersione delle nanoparticelle, in cui la matrice nanostrutturata del BCP agisce da
guida per ottenere organizzazione di nanoparticelle secondo un duplice processo di self-assembly in
grado di generare ordine a lungo raggio anche nel posizionamento dei nanofillers. BCPs formano
spontaneamente nanostrutture, grazie al fenomeno di self-assembly generato da separazione di fase
o incompatibilità dei blocchi polimerici.
I copolimeri a blocchi consistono in macromolecole distinte covalentemente legate e che
tendono a segregare in microdomini distinti a causa delle loro mutue repulsioni [1, 2]. Questo
genera la formazione spontanea di nanostrutture che sono state considerate utili alla creazione di
patterns regolari su scala nanometrica e che sono importanti per diverse tecnologie su film sottile [3,
4, 5]. I microdomini dei BCPs nanostrutturati (sfere, cilindri o lamelle) formati spontaneamente per
self-assembly [1-5], possono agire da hosts per sequestrare nanofillers di appropriata affinità
chimica e geometrica producendo un ordine a lungo raggio nel posizionamento delle nanoparticelle
[6]. L’utilizzo dei BCPs per catturare nanoparticelle funzionalizzate è stato proposto di recente
come metodo per produrre dimensioni particellari uniformi [7, 8], ma il vantaggio che deriva dalla
possibilità di indurre ordine a lungo raggio nella nanostruttura del copolimero a blocchi e,
corrispondentemente, nel posizionamento delle nanoparticelle, ancora non è stato esplorato a fondo.
Questi materiali sono adatti come “impalcatura” nell’ingegneria di nuovi nanocompositi, dove la
distribuzione di particelle guest è guidata dall’ordine della matrice host. Questo genera un
assemblaggio gerarchico di nanostrutture organico-inorganico (polimero-metallo), in cui un livello
di self-assembly guida il successivo. La chiave per l’ingegneria di questi materiali è l’abilità nel
controllare la morfologia finale del BCP nanostrutturato assieme all’ottenimento di una infiltrazione
selettiva di nanoparticelle nei microdomini.
Nel presente progetto, viene utilizzato un copolimero a blocchi amorfo con frazione in volume
scelta in modo tale da ottenere morfologia di tipo lamellare. Vengono preparati film sottili mediante
spin-coating o drop-casting a Tamb su un apposito substrato: in queste condizioni, microdomini
lamellari risultano spontaneamente dispersi. Per ottenere nanostrutture per le desiderate
applicazioni, è necessario avere ordine unidirezionale a lungo raggio e perfetta orientazione dei
microdomini. Metodi come solidificazione direzionale [9], l’esposizione a vapori di solvente [1012], o l’applicazione di campi elettrici esterni, possono essere usati per indurre allineamento a
questi microdomini.
L’inclusione selettiva di nanoparticelle funzionalizzate può essere ottenuta mediante sintesi
in-situ di nanoparticelle modificate superficialmente o mediante sintesi ex-situ e co-assembly
successivo di nanoparticelle e BCPs. In tal modo è possibile sviluppare un dispositivo
optoelettronico in relazione alle proprietà chimico-fisiche delle particelle incluse.
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