Presentazione Prof. Josè Kenny

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI
DI PERUGIA
Dipartimento di
Ingegneria Civile e Ambientale
*
Corso di Laurea Specialistica
in Ingegneria dei Materiali
*
Rete Europea di Eccellenza sui Polimeri
Nanostrutturati e Nanocompositi
*
Centro Europeo sulle Nanotecnologie dei
Materiali Polimerici – ECNP S.c.a.r.l.
SCIENZA E TECNOLOGIA
DEI MATERIALI - TERNI
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI
DI PERUGIA
Attività di Formazione
Attività di Ricerca e Trasferimento Tecnologico
Attività di Laboratorio e prove in conto terzi
Rete Europea di Eccellenza sulle Nanotecnologie
dei Materiali Polimerici
Progetti di Ricerca Regionali, Nazionali ed Europei
SCIENZA E TECNOLOGIA
DEI MATERIALI - TERNI
Laboratorio STM
- Attività di Formazione ¾ Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria dei Materiali:
Tecnologia dei Polimeri
Scienza e Tecnologia dei Materiali Compositi
Nanotecnologie dei Materiali
Biomateriali
Materiali Ceramici
Corrosione e Protezione dei Materiali
Tecnologie Metallurgiche
¾ Master in Nanotecnologie dei Materiali Polimerici
¾ Dottorato di Ricerca
¾ Corsi di formazione per l’industria
Laboratorio STM
- Attività di Ricerca ‰ * Processi di produzione di polimeri, compositi e nanocompositi
‰ * Trattamento di superficie: rivestimenti e film sottili
‰ * Caratterizzazione di materiali polimerici e compositi
‰ * Sviluppo e caratterizzazione di materiali nanostrutturati
‰ * Problemi di adesione e di interfaccia polimero-metallo
‰ * Impatto ambientale e tecnologie di riciclo dei materiali
‰ * Analisi del ciclo di vita (LCA) dei materiali
‰ * Simulazione FEM di strutture e di processi tecnologici
‰ * Applicazioni di materiali polimerici e compositi per l’energia
(fotovoltaico, eolico), l’industria aeronautica, dell’auto, l’edilizia,
l’elettronica, gli imballaggi, i biomateriali, ecc.
Laboratorio STM
- Attrezzature Il Gruppo STM dispone dei seguenti laboratori e attrezzature
scientifiche:
¾ Laboratorio di lavorazione e riciclo di materiali plastici e compositi
¾ Laboratorio
di
trattamento
delle
superfici:
caratterizzazione di film sottili e nanostrutturati
sintesi
¾ Laboratorio di caratterizzazione fisico-meccanica dei materiali
¾ Laboratorio FEM di progettazione strutturale e di processi
¾ Laboratorio di analisi termica
¾ Laboratorio di microscopia avanzata: SEM, AFM, STM
¾ Laboratorio biomateriali
e
Laboratorio STM
- Progetti Industriali Distretto Tecnologico
dell’Umbria
Progetti Vision
¾ Tarkett
¾ Bizzirri
¾ Novamont
¾ FAE
¾ Meraklon
¾ SAME
¾ Bayer
¾ CF
¾ Alcantara
¾ CONTINUA-LIGHT
¾ Angelantoni
¾ Maestrale
¾ Thyssen Krupp
¾ BRAI
Laboratorio STM
- Progetti Europei -
¾ SUPER LIGHT CAR (Volkswagen, FIAT, Renault…): Sviluppo
di nuovi materiali compositi per automobile leggeri.
¾ MULTIHYBRIDS (Basell, Politecnico di Torino): Controllo
della produzione di nuovi materiali nanocompositi polimerici
¾ POCO (EADS, Airbus, Centro Ricerche FIAT):
materiali nanocompositi per l’auto e l’aerospazio
Nuovi
¾ INNOFOOT: Materiali innovativi per l’industria delle scarpe
¾ NAPOLYDE: Rivestimenti innovativi funzionali e strutturali
¾ HIVCOMP (Samsonite): Soluzioni innovative a basso peso.
Laboratorio STM
- Spin-offs -
¾ GREEN CONSULTING: Sviluppo di tecnologie innovative e
sostenibili. Tecnologie innovative di marketing (web)
¾ MDP SRL: Sviluppo e applicazioni di tecnologie di nuovi
materiali
¾ MITES SRL: Materiali plastici codificati anti-contrafazione
¾ ECNP SCARL: Centro Europeo per i polimeri nanostrutturati
(sede operativa Terni con 5 ricercatori)
Gruppo STM
- Laboratorio di Analisi Termica -
Tale laboratorio è utilizzato prevalentemente per lo studio delle
proprietà chimico fisiche dei materiali polimerici e dei compositi in
funzione
della
temperatura.
Esso
è
dotato
delle
seguenti
apparecchiature:
• Due calorimetri a scansione differenziale (DSC), che permettono di
determinare le proprietà termiche dei materiali (transizione vetrosa,
cristallizzazione, fusione, reazioni chimiche, degradazione) in un
campo di temperature che va da -150°C a 600°C
• Un analizzatore termogravimetrico (TGA) in simultanea con un
analizzatore termico differenziale (DTA) che permette di misurare la
perdita di peso di un campione, per degradazione o perdita di solvente,
in un campo di temperature che va dalla temperatura ambiente a
1200°C
• Un analizzatore termomeccanico (TMA) per la determinazione dei
coefficienti di espansione termica lineare e volumetrica
Gruppo STM
- Lab. Caratterizzazione Fisico-Meccanica -
Utilizzato prevalentemente per lo studio delle proprietà meccaniche,
dinamico-meccaniche e reologiche dei materiali, è dotato delle
seguenti apparecchiature:
• Un dinamometro universale che può misurare le proprietà meccaniche
a trazione, flessione, compressione, fatica e creep dei materiali in un
campo di forze che va da pochi kg a 3 tonnellate
• Una torre per prove ad impatto (ball-drop impact tester), che permette
la valutazione delle proprietà di resistenza al crash di strutture in
materiali metallici, compositi e ibridi metallo-composito. Può provocare
impatti di 2000 J su strutture piane, che vanno da pochi cm2 a 1 m2
• Un reometro e analizzatore dinamico meccanico. Esso permette di
misurare la viscosità di polimeri in funzione della temperatura in un
campo che va da -150°C a 750°C. L’apparecchiatura inoltre permette di
valutare le proprietà dinamico meccaniche di materiali solidi in
funzione della temperatura
• Un viscosimetro rotazionale per liquidi e fusi polimerici
Gruppo STM
- Lab. Film Sottili e Nanostrutturati L'apparato per la produzione di film nanostrutturati è costitutito da un
generatore a radiofrequenze con cui è possibile garantire uniformità delle
caratteristiche del rivestimento anche su campioni di dimensioni estese
(100X100 mm). La metodologia di deposizione è basata su un apparato di
nuova concezione a plasma pulsato (PECVD). La deposizione può essere
effettuata sia a temperatura ambiente che ad alta temperatura (700°C).
I film nanostrutturati depositati vengono caratterizzati morfologicamente
e tribologicamente tramite:
• Una levigatrice e di una lappatrice per levigare e lucidare i substrati prima
di sottoporli al trattamento al plasma
• AFM (Microscopio a forza atomica) per misure di topografia, rugosità
superficiale e angolo di contatto
• STM (Microscopio ad effetto Tunnel) per misure di topografia superficiale
con risoluzione spaziale < 10 nm e spettrometria I/V
• Sistema per nanoindentazione (carico max. 500 mN) in grado di misurare
durezza e proprietà elastiche di film sottili dello spessore di decine di nm.
Lo strumento consente inoltre di effettuare misure di creep e di adesione
del rivestimento al substrato
Gruppo STM
- Lab. Caratterizzazione Chimico-Fisica -
Le proprietà chimico-fisiche dei materiali possono essere determinate
per mezzo delle seguenti apparecchiature:
• Uno spettrofotometro a raggi infrarossi FTIR per la caratterizzazione
chimica di sistemi in stato solido ed in soluzione
• Uno spettrofotometro UV-VIS con sfera di integrazione per misure in
riflessione e trasmissione a doppio raggio ottico per lo studio del
coefficiente di assorbimento e dei gap ottici dei composti ottenuti
• Due analizzatori di impedenza (misure I/V da 1 Hz a 1.2 GHz) per la
caratterizzazione dielettrica dei materiali in un intervallo di
temperature compreso tra 4.2K e 500K
• Un microscopio ottico a luce polarizzata, dotato di hot-stage per il
controllo di temperatura del provino analizzato
Gruppo STM
- Lab. Processing Materiali Plastici È costituito da un impianto pilota che riproduce in piccola scala le
apparecchiature industriali di produzione e riciclo di materiali
polimerici.
Esso è dotato delle seguenti apparecchiature:
• Un mulino per la macinazione di materiali polimerici di riciclo
• Due estrusori (bivite e monovite) per la miscelazione e trasformazione
dei materiali polimerici termoplastici
• Una pressa di 30 Ton per lo stampaggio ad iniezione di polimeri
termoplastici
• Una pressa verticale a piani caldi per lo stampaggio a compressione
• Un apparato per la determinazione del melt flow index (MFI)
• Quattro forni (di cui uno dotato di pompa a vuoto) per la cura di
polimeri termoindurenti
• Un miscelatore con impianto di degasaggio
• Un apparato per Resin Transfer Moulding (RTM)
Gruppo STM
- Laboratorio Biomateriali La struttura di questo laboratorio rende possibile la preparazione
e l'analisi di campioni per applicazioni bioingegneristiche.
Le apparecchiature presenti sono le seguenti:
• Una glove box (cappa biologica di classe III) a tenuta stagna ad
atmosfera controllata per la manipolazione e la preparazione di
composti sia inorganici che organici, organometallici e biochimici
• Una centrifuga da banco per ricerche biologiche, microbiologiche
e biochimiche
• Un misuratore da banco pH/mV/temperatura
• Un pH-metro con possibilità di autocalibrazione su tre punti,
compensazione
manuale/automatica
della
temperatura,
risoluzione regolabile 0,001-0,01-0,1 di pH, un timer interno e
un'uscita seriale RS-232 per interfacciamento a stampante o
computer
NANOFUN-POLY
European Network of Excellence
“Centro Europeo per Ie Nanotecnologie
dei Materiali Polimerici”
Coordinator: Prof. José M. Kenny
INSTM-University of Perugia
[email protected]
www.nanofun-poly.com
NANOFUN-POLY Partners
1
Italian Consortium for Science and Technology of Materials
Italy
2
Ingénierie des Matériaux Polymères - CNRS
France
3
Centre National de la Recherche Scientifique – Polymer Group
France
4
Institut fur Polymerforschung Dresden
Germany
5
Deutsches Kunstoff Institut - Federal Institute of Materials Research and Testing
Germany
6
Cons. of Research on Nanostructured and Crosslinked Polymer Materials
7
CSIC: Consejo Superior de Investigaciones Científicas
Spain
8
Fundacion INASMET
Spain
9
Utrecht University
10
National Technical University of Athens
Greece
11
Foundation for Research and Technology – Hellas
Greece
12
University of Minho
Portugal
13
Lund University
Sweden
14
SICOMP
Sweden
15
Centro Ricerche Plast-optica (FIAT)
Italy
16
Technion – Israel Institute of Technology
Israel
17
Politechnika Lodzka (Technical University of Lodz)
Poland
18
Romanian Consortium for Nanostructured Polymers
Romania
19
National Institute of Chemistry
Slovenia
20
TUBITAK-Marmara Research Center
21
Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales
22
Polytechnic University
USA
23
University of the Basque Country
Spain
24
Rete Ventures
Italy
25
Beijing University of Chemical Technology
26
Parco Tecnologico dell’Umbria-Sitech
Czech Rep.
Netherlands
Turkey
Argentina
China
Italy
NANOFUN
-POLY
NANOFUN-POLY
PARTNERS
PARTNERS
USA New-York
Argentina Mar-del-Plata
China Beijing
Prof. J. M. Kenny
Coordinator
Univ. Perugia
Prof. J. F. Gérard
Vice- Coordinator
INSA Lyon/Univ. Lyon I
INSA - IMP
vicevice-coordinator
INSTM
coordinator
NANOFUN INDUSTRIAL COUNCIL
INDUSTRIAL PARTNER NAME
COUNTRY
TYPE
Akzo Nobel Wood Coatings s.r.l.
I
No SME
Materials Supplier, research
K. Lindell, V.Bazzanini
AVO
CZ
ASSOC.
Research association
Vaclav Neumajer
Basf
D
No SME
Materials supplier, research
Marcos Gomez
Bayer Polymer Group
D
No SME
Materials supplier, research
Paula Rodrigues
BETEK
TK
No SME
Paint and Coating
Tahir Altinbulduk
Ceast
I
SME
Instrumentation
Enrico Corazza
Continental
D
No SME
Transformer, End user
Kai N. Kruger
Degussa
D
No SME
Materials supplier, research
A. Gutsch, R. Richter
DIOMED
TK
SME
End user, Biomedical
Tanil Kocagoz
Dow Benelux
NL
No SME
Materials supplier, research
C. Bosman
FIAT Auto
I
No SME
End user, automotive
Enrico Indino
Forschungsgesetlschaft
D
Assoc.
Industrial Association
W. Wunderlich
Freudenberg
D
Assoc.
Polymer Association
Klaus Beck
Inauxa
ES
SME
Transformer, end user
Agustin Morales
I
SME
Technology developer
Emiliano Frulloni
Metalco
PL
SME
Recycling
R. Bulka
Polymaterials AG
D
SME
Materials supplier, research
Gerhard Maier
Polymerexpert
F
SME
Technology developer
PROPLAST
I
No SME
Research Consortium
Piero Cavigliasso
Repsol
E
No SME
Materials supplier, research
Santamaria
CH
Assoc.
Materials Association
K. Drechler
SOLVAY
B
No SME
Materials supplier, research
L. Lerot
SEIMA Italiana
I
No SME
End user, automotive
F. Favotto
Tergal Fibres
F
No SME
Fibres
Tergal Abres
Ticonia
D
No SME
Materials supplier
Arnold Schneller
Tolsa
E
No SME
Nanofillers
Julio Santaren
Wacker-Chemie
D
No SME
Materials supplier
Herbert Barthel
MDP
SAMPE Europe
SECTOR
NAME OF CONTACT
GRUPPO SCIENZA E TECNOLOGIA
DEI MATERIALI
Gruppo di ricerca coordinato
dal prof. J.M. Kenny
Possibili settori di applicazione dei
nanocompositi polimerici
• High Performance
• Light Weight
Energy Saving
Environmental Protection
Housing/
Consumer
Automotive
Aerospace
Possibili settori di applicazione dei
nanocompositi polimerici
Hybrid Power
System: Lithium Ion
Battery, Fuel Cell
Nanofibre di carbonio,
Fullerene, Nanotubi
Body Panels:
Reduced weight and
cost, better thermal
performance
Motor Mounts:
Reduced vibration
Paint and Finish:
Improved
paintability, lower
application cost
Hoses and belts:
lower maintenance
Seals: lower cost,
reduced noise
Tires: Improved
durability, traction, fuel
efficiency and cost
Materials Manufacturing Products
•
Hummer H2 sport utility truck
“Made with about seven pounds of
nanocomposite material, the cargo bed
Hummer's H2 SUT is lighter and more
scratch proof than older plastics. Besides
the weight advantage, GM says the
nanocomposite parts don't change shape
when exposed to temperature changes.”
Business Week
•
Self-cleaning concrete
“An exterior view shows U.S. architect
Richard Meier's Jubilee Church, located
in the Tor Tre Teste area of Rome, in this
2003 file photo. It is made of self-cleaning
concrete that helps keep the surface
shiny white.” The Associated Press, July
2005
Possibili settori di applicazione dei
nanocompositi polimerici
Carbon laminate
Carbon sandwich
Fiberglass
Aluminum
Aluminum/steel/titanium pylons
Possibili settori di applicazione dei
nanocompositi polimerici
Le proprietà di conducibilità di
alcuni nanorinforzi quali nanotubi di
carbonio, fulerene, TiO2,
consentono di ottenere celle
fotovoltaiche con migliore
efficienza, o schermi alle onde
elettromagnetiche.
Possibili settori di applicazione dei
nanocompositi polimerici
Le proprietà di effetto barriera a
gas e umidità consentono di
applicare i nanocompositi nel
settore del packaging.
Application of nanocomposites
Electronics Products
•
Samsung 8 GB compact flash card
“This flash memory unit boasts a fat 8 gigabytes of
memory, room for loads of songs, photos and
PowerPoint presentations.” Business Week
•
OLED digital camera
“Organic light-emitting diodes (OLEDs) are much
brighter than the liquid crystals (LCDs) used in
many of today's flat-screen TVs and computer
monitors. They boast a wider viewing angle than
LCDs, which must be viewed head-on. OLEDs
don't require backlighting as LCDs do, reducing
power consumption.” Forbes 2003
Electronics Products
•
“There are also a tremendous amount of . . . electronic applications out there that are effecting our
every day lives. Just take a trip to your local electronics mega-store and you will see a multitude
of these including: faster and more powerful computers, palm pilots (blackberries), flash drives,
digital cameras and displays, cell phones, LCDs, LEDs, MP3’s, electronic ink displays, thin film
batteries, and flexible electronics to name a few. All of these applications are possible and
affordable due to the ability to work effectively and efficiently at the nano-scale.” National
Nanotechnology Infrastructure Network
Sports Products
•
Tennis rackets
“The Nanotube Power and VS Nanotube Drive lightweight, oversized-head models are
made out of high modulus graphite with carbon nanotubes. . . One hundred times
stronger than steel, yet one-sixth the weight, carbon nanotubes increase the rigidity of
the stabilizers on each side of the racket's sweet spot. . . VS Nanotube rackets are five
times more rigid than current carbon rackets and pack significantly more power.”
Business Week
•
Tennis balls
“Wilson Double Core tennis balls, with. . . InMat's Air D-Fense nanocomposite product
inside, remain playable for four weeks. . . . InMat makes it harder for the air to escape
by coating the ball's inner core with 20 microns thick of layered sheets of clay polymer
nanocomposites--each 1 nanometer thin.” Business Week
•
NanoDynamics golf ball
“This ball is engineered with nanoparticles to spin less, which should mean less slices
and hooks. The bad news? Lower spin could mean shorter drives.” Business Week
•
Stronger golf clubs
•
More accurate bowling balls
Clothing Products
“In the clothing world, we have pants that repel water and won’t stain shirts and
shoe inserts that keep you cool in the summer and warm in the winter, and nano
socks that don’t “stink” due to the inclusion of nanotech materials (nanosized
sliver particles).” National Nanotechnology Infrastructure Network
•Breathable waterproof ski jacket
“Nanotechnology makes the two-layer laminate windproof, waterproof,
breathable and grime resistant--great for those bums who don't get around to
washing their jackets until after the season. The result: a jacket with a long,
functional life superior to coated jackets and competitive with Gore-Tex
products.” Forbes 2003
•Wrinkle-resistant, stain-repellent threads
“Nano-Tex researchers attached molecular structures to cotton fibers, forming a
barrier that causes liquids and stains to bead up on the surface and prevent
absorption. Treated fabrics are not only wrinkle-proof but repel stains from
perennial offenders like soda, coffee, wine, mayonnaise and syrup.” Forbes 2003
•Color-changing fabrics
Thread developed for military but may soon be used by clothing companies.
Cosmetics Products
•
Skin care
“L’Oreal's Plenitude line of cosmetics contains nanocapsules,
which help active ingredients get to the skin's deeper layers.
The nanocapsules are also in L'Oreal's higher-end brands such
as Lancome.” Small Times, March 2004
“Novasome” capsules can deeply penetrate skin and don't
degrade while on the shelf
•
Nanocrystalline Sunscreen
“Its main ingredient is Z-COTE, a substance made with
nanotechnology . . . Nano-dispersed zinc oxide. . . . Zinc oxide
provides broad-spectrum protection against UVA and UVB
rays, but its characteristic white pasty goop often leaves
sunbathers and lifeguards feeling like they're wearing clown
makeup. The nanotechnology in Z-Cote produces a highpurity nanocrystalline zinc oxide, which allows the sunscreen
to go on clear.” Forbes 2003
Products with Protective Coatings
•
Glare-reducing and fog-resistant coatings for eyeglasses and
windshields
•
Sunglasses
“To give the glasses antireflection and scratch-resistance functionality,
Nanofilm deposits coating layers of 150 nanometers and 20 microns
thick, respectively. Then it uses chemical self-assembly to form a
polymer coating, three to ten nanometers thin, on the outer layer of
the antireflective lenses. This not only seals and repels grime and skin
oils but also makes the lenses more responsive.“ Forbes 2003
•
High-Performance Ski Wax
“Nanowax produces a hard, fast-gliding surface. The ultrathin coating
lasts much longer than conventional waxing systems, while leaving
the base free of buildup. And here's the "intelligent" part: Cerax
Nanowax hardens as temperatures drop, adapting to the ski bases
and snow crystals, so you can reach top speed from the first few feet
on.” Forbes 2003
•
No-wax car finish--for example, by Mercedes.
The Perfect Fridge?
Some products combine different kinds
of nanotechnology, such as the
Samsung Nano SilverSeal refrigerator
“Samsung has rolled out a line of fridges and
washing machines that use nanocoatings to
prevent nasty bugs from growing. Specks of
silver, as small as one nanometer across, are
used to coat surfaces. These nanoparticles are
so electrically active that they inhibit the growth
of harmful bacteria and fungs. In its fridge,
Samsung used the nanosilver in the
deodorizer unit and water dispenser to sanitize
the air and water that passes over them.”
Business Week