Materiali e tecnologie innovative per il gas sensing

sensors-14-18982f5-1024Autore del lavoro candidato: Barbara Fabbri

SINTESI CONTENENTE UNA BREVE DESCRIZIONE DEL LAVORO SVOLTO E DEI RISULTATI OTTENUTI: L’attività di ricerca ha coinvolto tutti gli aspetti chiave riguardanti lo studio e la realizzazione di dispositivi per il rilevamento di gas: l’utilizzo di materiali sensibili innovativi; lo studio di tecniche di deposizione per i film e la progettazione di substrati tecnologicamente abilitanti; infine lo studio di nuove applicazioni per i sensori di gas. Il primo campo di ricerca è stato sviluppato grazie ad un importante progetto di ricerca in collaborazione con Eni S.p.a.. Utilizzando polveri nanometriche organiche-inorganiche come materiale funzionale, è stato possibile depositare per mezzo di tecnologia semplice (drop coating) film che sono risultati elettricamente attivi, mostrando una notevole sensitività ad alcuni gas target con risposte caratterizzate da segnali stabili, veloci, e perfettamente reversibili ottenuti a temperatura ambiente. Dal punto di vista sensoristico, questo risultato è senza dubbio rivoluzionario poiché la possibilità di lavorare a temperatura ambiente sia in fase di manipolazione delle polveri che in fase di misura di conducibilità elettrica, unitamente all’impiego di tecnologie di deposizione e packaging ampiamente utilizzate nei processi industriali, fa di questi materiali degli ottimi candidati per la realizzazione di dispositivi commerciali. Parallelamente, la candidata ha condotto uno studio riguardo il possibile impiego di semiconduttori non-ossidi (CdS, SnS2) come materiale funzionale nella produzione di paste serigrafiche. Nello specifico, attraverso misure di conducibilità elettrica sono state evidenziate proprietà di fotoconducibilità e attività chimica di superficie in corrispondenza di una buona selettività delle polveri a gas di interesse sensoristico, quali gli alcoli (CdS). Per i materiali sensibili sono stati quindi individuati nuovi scenari in alternativa ai consolidati ossidi metallici, che in ogni caso continuano ad essere ampiamente studiati presso il Laboratorio Sensori dell’Università di Ferrara attraverso nuove sintesi, l’utilizzo di diverse tecniche di deposizione, ma anche di differenti modalità di attivazione del materiale in fase di test. Infatti, per la maggior parte gli ossidi semiconduttori richiedono temperature di lavoro elevate, necessarie per rendere il materiale elettricamente attivo e ottenere una risposta reversibile. Nel corso dei tre anni di attività di ricerca la candidata ha dunque approfondito lo studio di materiali ben noti nel campo della sensoristica gassosa, testando e confrontando proprietà e performance di film sensibili prodotti a partire da polveri nanostrutturate ottenute con nuove sintesi, depositate sia come thin che come thick film, in modalità termo- e foto-attivata. Nel corso dell’ultimo anno di dottorato la candidata ha inoltre sviluppato uno studio riguardante l’uso di silicio poroso come substrato per la produzione di sensori di gas chemio-resistivi, al fine di limitare il consumo di energia, aumentare la zona di assorbimento degli analiti e migliorare le prestazioni della risposta, come velocità e reversibilità. Il terzo aspetto sviluppato durante l’attività di ricerca riguarda le possibili applicazioni dei sensori prodotti. In particolare l’attenzione è stata focalizzata sulla progettazione di dispositivi portatili per il monitoraggio in campo ambientale e medico. E’ stato possibile avviare diverse collaborazioni sia a livello industriale che accademico.

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