Dottorato di Ricerca in Scienza e Tecnologia dei Materiali
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1. Innovative Photovoltaic Devices

  • Devices obtained by epitaxial growth and thin-film deposition techniques: epitaxial growth of germanium-based crystalline structures for high-efficiency thermophotovoltaic generators and multi-junction photovoltaic cells. Growth of thin-film devices based on CuGaInSe via deposition techniques based on pulsed electron beams. Development of techniques based on photoluminescence and electron microscopy to measure the quantum efficiency and lifetime of the carriers, as well as the surface recombination velocity.
  • Quantum well solar cells: nanostructured semiconductor materials for advanced electronic and opto-electronic applications; photovoltaic technologies in the field of distributed microgeneration
  • Dye sensitized solar cells: deposition techniques for nanostructured semiconductor ceramics on rigid and flexible substrates; new and improved nanostructured materials for anodes, electrolytes and cathodes; sealing systems.

2. Magnetic Materials

  • Bulk and nanostructured magnetic materials for applications in the field of high-density magnetic recording, sensors and magnetic refrigeration: preparation and characterization. Study of the influence of the morphological properties and the micro- and nanostructuring on the magnetic, magnetocaloric and magnetotransport properties. 
  • Low-dimensional magnetic materials: magnetic multilayers, nano molecular magnets.

3. High-Electronic-Correlation Materials

  • Superconductivity, magnetism, multiferroic materials.
  • Synthesis and characterization of high-electronic-correlation metastable materials under high-pressure conditions (piston-cylinder, multi-anvil, hydrothermal).
  • Model systems for orientation mechanisms (charge, orbital, spin.
  • Structure-property relationships.

4. Nanodiagnostic Techniques

  • Development of analytical diagnostic methods of different types (imaging, lithographic and manipulation) for the study at the nanometer scale of the structural, optical, transport, magnetic and chemical properties of the materials for applications in nanoscience. 

5. Nanostructures Materials

  • Hybrid organic-inorganic nanostructures: preparation, study and functionalization. Optimization of the functional properties through the creation and characterization of prototypes of test devices.
  • Growth of self-organized one-dimensional nanometric structures for applications in (bio)sensing, photovoltaics, optoelectronics, nano-electronics: nanostructures of metal oxides, silicon carbide nanowires. Morphological, chemical, structural, magnetic, optical and electrical characterization.
  • Nanostructured materials based on carbon: carbon nanotubes, fullerenes and graphene.

6. Semiconductor epitaxial (MOVPE) semiconductor heterostructures: growth, electric, optical and semi-magnetic properties

7. Bulk crystals of semiconductor compounds (such as CdTe and CdZnTe)

  • Growth ans characterization of the optical, electric and photoconductive properties.
  • Study of the properties of electrical contacts.
  • Preparation and caracterization of prototype devices, in particular for X-ray detection.

8. Low-dimensional semiconductor structures for nanophotonic applications

  • Design of quantum dots and quantum wells.
  • Preparation of the nanostructures via MBE (Molecular Beam Epitaxy) and correlation between preparation conditions, design characteristics and structure properties.
  • Study of the morphological and structural, electrical and optical properties for nanophotonics devices, such as ligh emitters and detectors, and high-conversion-efficiency photovoltaic devices.

9. Self-assembling Polymers

  • Design and synthesis of reversible polymeric materials whose formation/fragmentation can be switched via coordinative bimodal self-assembly (or H-bonding) and via host-guest interactions.
  • Study of self-healing properties of such compounds and of the possibility to obtain auxetic materials, i.e. materials able to expand laterally upon longitudinal stretching (negative Poisson ratio).

10. Sensors integrated over Silicon

  • Integrated sensors of quinoxaline cavitands/MOS upon Si wafers for environmental monitoring of benzene.
  • Molecular-recognition fluorescent sensors for the selective detection of alcohols in complex mixtures.
  • Molecular printboards of phosphonated cavitands over Si for protein detection.

11. New supported (hybrid organic-inorganic) or self-assembled molecular materials

  • Design and synthesis.
  • Study of the properties as catalysts for eco-compatible synthetic processes or as supramolecular devices for application in naoscience and nano(bio)technology.

12. Molecular Functional Materials

  • Bistability and multistability phenomena in molecular materials: spectroscopic analysis and theoretical modeling of intra- and inter-molecular charge-transfer molecular systems. Electron-phonon interaction as a source of multistability. Phase transitions, phase coexistence, domains, metastability. Photoinduced phase transitions.
  • Molecular materials for applications in photonics and electronics: spectroscopic characterization and theoretical modeling of molecular functional materials; supramolecular interactions and medium effects; cooperative and collective phenomena.
  • Optical electronic spectroscopy (absorption and luminescence), vibrational and (micro)IR and micro-Raman spectroscopy, also at low temperature and high pressure (diamond anvil cell).

13. Biomaterials

  • Design, synthesis and characterisation of powders and processes for the production of bioceramics and composites to be applied as: implants for bone, vascular, and soft organ regeneration; ceramic for prosthesis; hybrid nano composites for the regeneration of multi-functional anatomical regions; drug delivery and targeting systems; biomorphic transformations; bone cements, antibacterial applications

14. Ceramics and composites for energy and environment

  • Design and optimizatin of shaping processes for solid oxide fuel cells (SOFCs) and solid oxide electrolyzer cells (SOEC).
  • Synthesis of powders and suspensions for catalytic and energetic applications: nano fluids as lubricant and thermal vectors.
  • High-temperature materials and membranes for carbon capture and gas separation (O2, CO2 and H2).
  • Piezoelectric and multiferroic systems for energy harvesting and sensing.
  • Ultrarefractory solar absorber for CSP systems.

15. High tech, industrial, structural and functional ceramics

  • Structures, films and surfaces with functional properties: designed multiscale porosity, superhydrophobic, de-icing, antifouling, anti-bacterial, self-cleaning, photo-catalytic, etc.
  • Technological process and technical process, raw materials and waste recycling
  • Archeometry, diagnostics and conservation: materials and innovative techniques.
  • Nanosafety: safety by design and bio catalytic nano tools.
  • Design, synthesis and characterization of structural ceramics (powders, monoliths, composites, fiber-reinforced, ...) for mechanical applications  (anti-wear, cutting tools, ballistic protections), ultra high temperature applications and for extreme environment (thermal protection systems, anti-ablation and corrosion resistant ceramics).
  • Transparent ceramics for solid state lasers, windows for spectroscopy and IR sensors, transparent armor technology.
  • Geopolymers and chemically bonded ceramics, as filters, catalysis supports, heat exchangers, insulating panels, and for waste valorization
  • Ceramic pigments and digital decoration.
  • Technological process and technical process, raw materials and waste recycling
  • Archeometry, diagnostics and conservation: materials and innovative techniques.


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1. Dispositivi fotovoltaici innovativi

  • Dispositivi ottenuti mediante crescita epitassiale e tecniche di deposizione di films sottili: crescita epitassiale di strutture a base di germanio cristallino per generatori termofotovoltaici e per celle fotovoltaiche a giunzione multipla ad alta efficienza. Crescita mediante tecnica di deposizione a fasci di elettroni pulsati di dispositivi a film sottile basati su CuGaInSe. Sviluppo di tecniche basate su fotoluminescenza e microscopia elettronica per la misura dell'efficienza quantica, dei tempi di vita dei portatori e della velocità di ricombinazione superficiale.
  • Quantum well solar cells: materiali semiconduttori nanostrutturati per applicazioni elettroniche e opto- elettroniche avanzate; tecnologie fotovoltaiche nel campo della microgenerazione distribuita.
  • Celle solari sensibilizzate a coloranti (dye-sensitized solar cells, DSSC): tecniche di deposizione di semiconduttori ceramici nanostrutturati su substrati rigidi e flessibili; nuovi materiali nanostrutturati per anodi, elettroliti e catodi; sistemi di sealing.

2. Materiali magnetici

  • Materiali magnetici nanostrutturati e massivi per applicazioni nel campo della registrazione magnetica ad alta densità, della sensoristica e della refrigerazione magnetica: preparazione e caratterizzazione. Studio dell’influenza delle proprietà morfologiche e della micro e nanostrutturazione sulle proprietà magnetiche, magnetocaloriche e di magnetotrasporto.
  • Materiali magnetici a dimensionalità ridotta: multistrati magnetici, nano-magneti molecolari

3. Materiali ad alta correlazione elettronica

  • Superconduttività, magnetismo, materiali multiferroici.
  • Sintesi e caratterizzazioni di materiali metastabili ad alta correlazione elettronica in condizioni di alta pressione (piston-cylinder, multi-anvil, hydrothermal).
  • Sistemi modello per lo studio dei meccanismi di ordinamento (carica, orbitale, spin).
  • Correlazione struttura-proprietà.

4. Tecniche di nanodiagnostica

  • Sviluppo di metodologie diagnostiche di tipo analitico, di immagine, litografiche e di manipolazione per lo studio su scala nanometrica delle proprietà strutturali, ottiche, di trasporto, magnetiche e chimiche di materiali per applicazioni nel campo delle nanoscienze.

5. Materiali nanostrutturati

  • Materiali ibridi organico-inorganici nanostrutturati: preparazione, studio e funzionalizzazione. Ottimizzazione delle proprietà funzionali attraverso la realizzazione e la caratterizzazione di prototipi di dispositivi di test.
  • Crescita di strutture nanometriche auto-organizzate monodimensionali per applicazioni (bio-)sensoristiche, fotovoltaiche, optoelettroniche, nano-elettroniche: nanostrutture di ossidi metallici, nanofili di carburo di silicio. Caratterizzazione morfologica, chimica, strutturale, magnetica, ottica ed elettrica.
  • Materiali nanostrutturati a base di carbonio: nanotubi, fullereni e grafeni.

6. Eterostrutture epitassiali (MOVPE) a semiconduttore crescita, proprietà elettriche, ottiche e semi-magnetiche

7. Cristalli massivi di composti semiconduttori (quali CdTe e CdZnTe)

  • Crescita e caratterizzazione delle proprietà ottiche, elettriche e fotoconduttive.
  • Studio delle proprietà dei contatti elettrici.
  • Preparazione e caratterizzazione di dispositivi prototipi, in particolare per la rivelazione di raggi X.

8. Strutture di semiconduttori a bassa dimensionalità per applicazioni nanofotoniche

  • Progettazione di nanostrutture a punti quantici o a buche quantiche.
  • Preparazione delle nanostrutture mediante MBE (Molecular Beam Epitaxy) e correlazione fra condizioni di preparazione, caratteristiche di progetto e proprietà delle strutture.
  • Studio delle proprietà morfologico-strutturali, elettriche ed ottiche di interesse per dispositivi nanofotonici, quali emettitori e rivelatori di luce e dispositivi fotovoltaici ad alta efficienza di conversione.

9. Polimeri autoassemblanti

  • Design e sintesi di materiali polimerici reversibili la cui formazione/frammentazione sia attivabile via self-assembly bimodale di tipo coordinativo (o H-bonding) e via interazioni host-guest.
  • Studio di proprietà autoriparanti di tali composti e della possibilità di ottenere materiali auxettici, ovvero materiali che presentano la proprietà di espandersi lateralmente sotto stiramento longitudinale (rapporto di Poisson negativo).

10. Sensori integrati su silicio

  • Sensori integrati di cavitandi chimossalinici/MOS su wafers di Si per il monitoraggio ambientale del benzene.
  • Sensori fluorescenti a riconoscimento molecolare per la rilevazione selettiva di alcoli in miscele complesse.
  • Molecular printboards di cavitandi fosfonati su Si per la rilevazione di proteine.

11. Nuovi materiali molecolari supportati (ibridi organici-inorganici) o autoassemblati

  • Progettazione, sintesi.
  • studio delle proprietà come catalizzatori per processi sintetici eco-compatibili o quali dispositivi supramolecolari per applicazioni nelle nanoscienze e nano(bio)tecnologie.

12. Materiali molecolari funzionali

  • Fenomeni di bistabilità e multistabilità in materiali molecolari: analisi spettroscopica e modellizzazione di sistemi molecolari a trasferimento di carica intra e/o intermolecolare. Interazione elettrone-vibrazione come sorgente di multistabilità. Transizioni di fase, coesistenza di fasi, domini, metastabilità. transizioni di fase fotoindotte.
  • Materiali molecolari per applicazioni in fotonica ed elettronica. Caratterizzazione spettroscopica e modellizzazione di materiali molecolari funzionali. Interazioni supramolecolari e di intorno. Fenomeni cooperativi e collettivi.
  • Spettroscopia ottica elettronica (assorbimento e fluorescenza) e vibrazionale (micro)IR e micro-Raman anche a bassa temperatura o in cella ad incudine di diamante

13. Biomateriali

  • Progettazione, sintesi e caratterizzazione di polveri e processi per la produzione di bioceramica e materiali compositi per le seguenti applicazioni: impianti per rigenerazione di ossa, vascolare e di organi molli; ceramiche per protesi; materiali nanocompositi ibridi per la rigenerazione di regioni anatomiche multifunzionali; sistemi per il drug delivery; trasformazioni biomorfe; cementi ossei, applicazioni antibatteriche.

14. Materiali ceramici e compositi per l'energia e l'ambiente

  • Progettazione e ottimizzazione di processi per celle a combustibile ad ossido solido (SOFC) e solid oxide electrolyzer cells (SOEC).
  • Sintesi di polveri e sospensioni per applicazioni catalitiche ed energetiche: nanofluidi come lubrificanti e vettori termici.
  • Materiali e membrane di alta temperatura per la cattura del carbonio e la separazione di gas (O2, CO2 e H2).
  • Sistemi piezoelettrici e multiferroici per l'immagazzinamento e il rilevamento dell'energia.
  • Assorbitori solari ultrarefrattari per impianti CSP.

15. Ceramiche funzionali high tech, industriali, strutturali e funzionali

  • Strutture, film e superfici con proprietà funzionali: porosità multiscala controllata, superidrofobicità, anticongelamento, anti incrostazione, antibatteriche, autopulenti, foto-catalitiche, etc.
  • Nanosicurezza: nanostrumenti per la sicurezza e biocatalitici.
  • Progettazione, sintesi e caratterizzazione di ceramiche strutturali (polveri, monoliti, composite, fibrorinforzate, ...) per applicazioni meccaniche (anti-usura, utensili da taglio, protezioni balistiche), applicazioni ad ultra alta temperatura e in ambiente estremo (sistemi di protezione termica, ceramiche anti-corrosione e resistenti all'ablazione).
  • Ceramiche trasparenti per laser a stato solido, finestre per la spettroscopia e sensori IR, tecnologia di armatura trasparente.
  • Ceramiche geopolimeriche e chimicamente legate quali filtri, supporti catalitici, scambiatori di calore, pannelli isolanti, e per la valorizzazione dei rifiuti.
  • Pigmenti ceramici e decorazione digitale.
  • Processo tecnologico e processo tecnico, materie prime e riciclaggio dei rifiuti.
  • Archeometria, diagnostica e conservazione: materiali e tecniche innovative.

Ultimo aggiornamento: 05/12/2014 15:34
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