Materiali ceramici, vetri e compositi a matrice ceramica
La linea di ricerca sui materiali ceramici mira a studiare, progettare e sviluppare - fino a una scala pre-industriale, materiali e componenti ceramici innovativi, vetri, vetro-ceramici e compositi a matrice ceramica, sia strutturali che funzionali, per diverse applicazioni ingegneristiche. Inoltre, si propone di indagare i materiali ceramici per applicazioni nel settore costruttivo, con una specifica attenzione ai temi della sostenibilità ambientale, della circolarità delle risorse, della cattura della CO2. Sia nell’ambito dei ceramici ingegneristici che tradizionali, vengono studiati non solo materiali densi, ma anche fibre, film sottili, porosi e aventi gradienti di porosità e funzionalità, per applicazioni nel settore dell’energia, delle telecomunicazioni, biomediche, ambientali, di schermatura termica, ecc. Accanto alle ben note tecnologie di formatura tradizionale (gel casting, tape casting, pressatura…), tutte le linee di ricerca si avvalgono di tecniche di stampa 3D, in particolare della stereolitografia e del robocasting. Inoltre, all’interno di questa linea di ricerca, si sviluppano nuovi materiali e tecnologie di giunzione e rivestimento e relativi test (distruttivi e non).
Materiali compositi
Le attività di ricerca riguardano lo sviluppo di materiali compositi e nanocompositi a matrice polimerica termoplastica o termoindurente, reticolati per via termica o foto-indotta, in presenza di filler particellari o fibrosi. Sono di interesse compositi da fonti rinnovabili e riciclabili, tra cui il legno, una tipologia di materiale composito naturale. Inoltre, sono oggetto di studio relazioni struttura-proprietà-processing con caratterizzazione reologica, chimico-fisica, termica meccanica, delle proprietà di superficie e di barriera ai gas. Le ricerche sono indirizzate ad applicazioni nel campo del packaging. Nel caso del legno, le ricerche sono volte all’ingegnerizzazione della struttura e della composizione, finalizzata a conferire al materiale multifunzionalità spendibili principalmente nel settore delle costruzioni.
Materiali metallici
Le attività di ricerca coprono l’intera filiera relativa a produzione, trasformazione e utilizzo dei metalli e delle loro leghe, in un contesto indirizzato alla transizione ecologica e alla transizione digitale, tenendo conto anche di processi di formatura non convenzionali. Particolare attenzione è posta allo studio delle proprietà chimiche, fisiche, meccaniche, tecnologiche di metalli e leghe, condotto mediante la caratterizzazione e l’analisi macro, micro e nano strutturale e frattografica e con il supporto di tecniche computazionali.
Materiali nano-strutturati
La linea di ricerca mira alla progettazione e allo sviluppo di materiali nanostrutturati, a base di metalli, carbonio, ossidi, e ibridi organici-inorganici, attraverso l’impiego di un ampio range di tecniche di sintesi, di processo e di modifica superficiale. Le attività di ricerca comprendono lo studio di sistemi avanzati, in forma di nanoparticelle, nanorods, nanotubi, nanofibre e materiali a nanopororosità controllata, per applicazioni nei settori della catalisi eterogenea, della rimozione di inquinanti, dell'ottica, della sensoristica per il monitoraggio ambientale, dei materiali per applicazioni energetiche e in quello biomedicale come sistemi per la diagnostica e il trattamento di patologie.
Materiali polimerici
Le linee di ricerca mirano alla preparazione e/o modifica di materiali polimerici termoplastici, elastomerici e termoindurenti reticolati per via termica o fotoindotta, nonché materiali polimerici a reticolazione dinamica e polielettroliti. Sono inoltre oggetto di studio le relazioni struttura-proprietà-processing di polimeri tradizionali, da riciclo e biopolimeri con caratterizzazione reologica, chimico-fisica, termica, meccanica, del comportamento alla combustione, delle proprietà di superficie e di barriera ai gas.
Materiali per la manifattura additiva
Le attività di ricerca sono incentrate sullo studio di materiali metallici, ceramici e polimerici processati tramite tecnologie di fabbricazione additiva che consentono, a partire da modelli 3d, di realizzare componenti con geometria complessa. Lo studio include l’ottimizzazione dei processi produttivi e del post processing al fine di ottenere le microstrutture e le proprietà desiderate e/o lo sviluppo di nuovi materiali. I percorsi di dottorato includono quindi l’utilizzo dei software e delle macchine per la produzione dei campioni, la caratterizzazione microstrutturale e meccanica con relativa analisi dei risultati.
Materiali per l’accumulo elettrochimico dell’energia e relativa caratterizzazione elettrochimica
Materiali e metodi che coinvolgono risorse sostenibili stanno diventando urgenti per proteggere l'umanità dalle conseguenze più gravi del cambiamento climatico. I sistemi di accumulo elettrochimico dell’energia svolgeranno un ruolo chiave in tal senso e risulta necessario sviluppare sistemi basati su materiali abbondanti, economici e ad alte prestazioni, da integrare poi in una strategia di sfruttamento energetico sostenibile. A tal proposito, tale linea di ricerca punta a studiare, progettare e sviluppare - fino a una scala pre-industriale, materiali elettrodici innovativi ed elettroliti avanzati allo stato solido (polimerici, ibridi e compositi) per la futura generazione di batterie sicure e ad alte prestazioni, che consentano di realizzare veicoli elettrici di massa competitivi dal punto di vista dei costi, con una densità energetica, una durata del ciclo e una capacità di ricarica rapida superiori, utilizzando componenti sostenibili e riciclabili. A ciò si aggiunge l’assemblaggio in celle di varie dimensioni e la relativa caratterizzazione elettrochimica.
Metodi di sintesi e processing, caratterizzazione, analisi, modellazione e simulazione
La macro-area si focalizza sullo sviluppo e l'applicazione di metodologie innovative nel campo della scienza dei materiali e dei sistemi supramolecolari. Questo include la progettazione e l’implementazione di tecniche di sintesi e processing avanzate e/o sostenibili. Le metodologie di caratterizzazione avanzate sono rivolte all'analisi delle proprietà strutturali, superficiali, chimiche e fisiche dei materiali. L'area di ricerca si estende all'analisi di sistemi complessi, integrando anche approcci innovativi basati su machine learning e intelligenza artificiale. Infine, questa macro-area si occupa di metodi di modellazione molecolare multiscala e di simulazione computazionale avanzata di materiali e sistemi supramolecolari complessi.