riassunto_progetto_Diletto.
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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. Bibliographic References [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] F. S. Bates, G. H. Fredrickson, Annu. Rev. Phys. Chem. 1990, 41, 525. L. Leibler, Macromolecules 1980, 13, 1602. M. Park, C. K. Harrison, P. M. Chaikin, et. Al., Science 1997, 276, 2126. P. Mansky, P. M. Chaikin, E. L. Thomas, J. Mat. Sci. 1995, 30, 1987. C. Park, J. Yoon, E. L. Thomas, Polymer 2003, 44, 6725. M. Bockstaller, R. A. Mickiewicz, E. L. Thomas, Adv. Mater. 2005, 17, 1331. W. L. Leong, P. S. Lee, A. Lohani, et. Al., Adv. Mat. 2008, 20, 2325. W. L. Leong, N. Mathews et. Al., Appl. Phys. Lett. 2008, 93, 222908. C. De Rosa, C. Park, E. L. Thomas, B. Lotz, Nature 2000, 405, 433. A. Turturro, E. Gattiglia, P. Vacca, G. T. Viola, Polymers 1995, 21, 3987. [11] [12] G. Kim, M. Libera, Macromolecules 1998, 31, 2569. G. Kim, M. Libera, Macromolecules 1998, 31, 2670.