Organic Functional and Nanostructured Materials : Synthesis, Characterization, Modelling (FuN Mat)

Argomenti di ricerca dei laboratori di : “Spettroscopia e dinamica molecolare”; “Progettazione e sintesi di

materiali polimerici innovativi”

Chiara Castiglioni, Mirella Del Zoppo, Matteo Tommasini,

Chiara Bertarelli, Andrea Bianco, Andrea Lucotti

• Spettroscopia

• Sintesi,

• Caratterizzazione

• Processing

• Calcoli e modelli

• Metodi Quanto-Chimici

• IR, Raman, SERS (SERS sensori)

• UV/visible; Fluorescenza

• Molecole organiche funzionali (Fotocromiche, Memorie molecolari, Sensori, Fotovoltaico)

• Nano-fibre da elettrospinning

• Materiali di carbonio nanostrutturati

• Dinamica vibrazionale classica (molecole, polimeri, cristalli)

• Calcoli “ab-initio” (HF,DFT) e semiempirici (molecole, polimeri, cristalli e nanocristalli)

Att

ivit

àSperi

menta

liM

odelli

Teori

ci

Competenze, materiali, metodi

Sviluppo di materiali intelligenti: memorie elettriche e dispositivi fotocromici

- Materiali che rispondono in maniera controllata ad uno stimolo (es. cariche e fotoni) per applicazioni in elettronica molecolare, ottica ed optoelettronica. - Le proprietà dipendono dalla struttura molecolare o nell’organizzazione sovramolecolare dispositivi miniaturizzati al limite molecolari.- Esempio: Derivati del tiofene per dispositivi di memoria (bistabilità elettrica).[1]

- Caratterizzazione strutturale (spettroscopia) e modellazione (metodi teorici) dei passaggi che concorrono ad espletare la funzione memoria.[2]

Non-volatile memory based on a β-phenyl substituted bithiophene[1]

[1] M. Caironi et al., Appl. Phys. Lett., 2006, 89, 243519[2] D. Fazzi et al., J. Phys. Chem. C., 2008, 112, 18628

- Sviluppo di materiali fotocromici, per dispositivi ottici riscrivibili per irraggiamento: memorie ottiche e dispositivi per strumentazione astronomica (maschere di piano focale, reticoli volume e ologrammi per interferometria).[3]

- Modellazione di materiali fotocromici con risposta « ottimizzata » (da calcoli teorici su sistemi molecolari modello) [4]

[3] EU FP6 e FP7 Project: OPTICON (Optical Infrared Coordination Network for Astronomy); MIUR-PRIN 2006 Project (prot. 2006033499): “Photochromic polymers as active materials for innovative reference surfaces for optical interferometry”

[4] G. Callierotti, A. Bianco, C. Castiglioni, C. Bertarelli, G. Zerbi, J. Phys. Chem A (2008)

I materiali fotocromici cambiano colore in modo reversibile, ma non solo...anche indice indice di rifrazionedi rifrazione, spettro IR,...

S SCH3

CH3

B

B1

B

B1

F

F F

F

F F

S SCH3

CH3

B

B1

B

B1

F

F F

F

F F

UV

Vis

Applicazione nei reticoli olografici di diffrazione:

Produzione e caratterizzazione di materiali fibrosi mediante electrospinning : realizzazione di fibre polimeriche (diametri tra 10 e 10000 nm)Elevata area superficiale : promozione dell’interazione tra superficie e ambiente.

- nanofibre contenenti additivi adatti a conferire particolari proprietà alla membrana fibrosa (es. composto perflorurato modifica della bagnabilità del materiale[1]);

molecole fotocromiche fibre che cambiano reversibilmente il colore. - Orientamento molecolare che si traduce in un’elevata anisotropia delle proprietà[2] (caratterizzazione spettroscopica)

Molecole droganti possono essere aggiunte alla soluzione di partenza oppure è possibile funzionalizzare la fibra facendo crescere un rivestimento attivo dopo la filatura. Un esempio di quest’ultimo approccio è la deposizione di TiO2 nanostrutturato su matrici di PLLA da usare come scaffold. Si sono realizzate anche fibre rivestite con un coating conduttivo di polipirrolo che sono state utilizzate come sensori[3].

Nuovi materiali di carbonio nanostrutturati - Spettroscopia Raman e Modellistica (Struttura elettronica, dinamica vibrazionale)

First-principles simulation of Raman and SERS response of carbon nanowires

longitudinal G- transversal G+

Polyynes are present in interstellar dust and particulates

Spettroscopia e modellistica di materiali molecolari coniugati - sviluppo di relazioni struttura-funzione nel campo dei materiali policoniugati per applicazioni in elettronica e fotonica. - sistemi monodimensionali (i.e. polieni e poliacetilene, poliine) e bidimensionali (composti aromatici policiclici e grafene) [1-3]- nanotubi di carbonio : risposta spettroscopica Raman e proprietà [4].Parole chiave: delocalizzazione degli elettroni, confinamento elettronico in nano-domini, interazioni molecolari

L'architettura molecolare su scala nanometrica e l'organizzazione supramolecolare possono essere investigate attraverso variazioni nella struttura vibrazionale.CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE di nanoparticelle di carbonio, carboni porosi (drogati e non), grafeni, nanocristalli sintetizzati da precursori molecolari (progetto EU in collaborazione con il Max-Plank di Mainz- gruppo del Prof. Muellen)

[1] C. Castiglioni C, M. Tommasini, G. Zerbi, Phil. Trans. Roy. Soc. A (2004) [2] A. Lucotti, M. Tommasini, D. Fazzi, M. Del Zoppo, W.A. Chalifoux, M.J. Ferguson, G. Zerbi, R.R. Tykwinski, J. Am. Chem. Soc. (2009)[3] A. Milani, M. Del Zoppo, M. Tommasini, G. Zerbi, J. Phys. Chem. B (2008) [4] E. Di Donato, M. Tommasini, C. Castiglioni, G. Zerbi, Phys. Rev. B (2006)

Particolato (soot) carbonioso

Bertarelli - Sviluppo di nuovi materiali funzionali organici per:Memorie ottiche riscrivibiliDispositivi ottici per strumentazione astronomica (in collaborazione con l’Osservatorio Astronomico di Brera)Fotorivelatori organici e celle fotovoltaiche organiche e ibride (in collaborazione con Prof. M. Sampietro – Dip.di Elettronica; Prof. G. Lanzani - Dip. di Fisica).

Bertarelli-Bianco - Electrospinning:Fibre conduttive di polimeri coniugati da precursore (nanofili conduttivi)Fibre conduttive tipo core-sheath (misure di conducibilità su singola fibra, sviluppo di sensori, in collaborazione con Prof. Mannino – Università degli Studi di Milano)Membrane di assorbimento di sostanze inquinantiMembrane per rimozione di tossine (in collaborazione con Prof. Mannino – Università degli Studi di Milano)

Bertarelli- Bianco- Altre preparazioni:Realizzazione di multistrati molecolari mediante tecniche Langmuir Blodgett e Self-Assembled MonolayerSintesi di sistemi host/guest per rilascio controllato di principi attivi di rilevanza biologica.

Castiglioni – Tommasini – Del Zoppo – Lucotti : Modellistica e spettroscopia

1. Semiconduttori organici e materiali nanostrutturati• Elettronica molecolare: simulazione dei parametri molecolari che governano il trasporto di

carica nei materiali organici (in collaborazione con l’Università di Bologna, Prof. F. Negri);

• Studio computazionale delle proprietà di assorbimento ed emissione di materiali organici, dalla singola molecola al cristallo;

• Materiali organici per celle fotovoltaiche: simulazione dei parametri molecolari che governano la fotoconducibilità;

• Materiali di carbonio nanostrutturati: morfologia e struttura elettronica (in collborazione con il Max-Plank di Mainz- gruppo del Prof. Muellen)

• Calcolo della struttura vibrazionale di sistemi complessi;

• Intensità di assorbimento IR e proprietà elettroniche

2. Polimeri e sistemi di interesse biologico/medico

• Interazioni intermolecolari (es. legami idrogeno) e loro monitoraggio spettroscopico; Sistemi host-guest

• Orientamento in materiali polimerici fibrosi da analisi di dicroismo IR e misure Raman in luce polarizzata

• Fibre funzionalizzate (caratterizzazione spettroscopica e modelli)