Archivio per la categoria Nanotecnologie

Horizon 2020 per le Imprese Manifatturiere: Focus su NMP – Nanotechnologies, Advanced Materials and Production

Il prossimo Giovedì 18 settembre 2014 – ore 14.30-17.30 nella sede di  CRIT a Vignola (MO) , verranno illustrate le opportunità offerte da Horizon 2020 sul tema NMP – Nanotechnologies, Advanced Materials and Production per il biennio 2014-2015.

Horizon 2020 è il nuovo programma di finanziamento dell’Unione Europea per la ricerca e l’innovazione per il periodo 2014 – 2020. Oltre a stimolare la ricerca eccellente in Europa, il programma si propone di accrescere la competitività delle imprese, in particolare PMI.
L’incontro intende presentare, nello specifico, le opportunità offerte dai nuovi bandi per il biennio 2014-2015 sul tema NMP nei tre pilastri in cui si articola Horizon 2020: Eccellenza Scientifica, Leadership Industriale, Sfide Sociali.
Saranno illustrate la struttura e le regole di partecipazione, i servizi e le competenze a supporto del territorio e la testimonianza di un’impresa beneficiaria.
L’evento, realizzato nell’ambito dell’iniziativa Dai Distretti Produttivi al Distretti Tecnologici – 2, è finanziato da Regione Emilia Romagna e dal Ministero dello Sviluppo Economico, ed è organizzato da ASTER con la collaborazione di CRIT.
Programma:
  • ore 14.30 – Registrazione
  • Introduce e modera i lavori Paolo Canonico – ASTER, Cabina di regia Distretti 2
  • Horizon 2020 e i servizi a supporto della partecipazione delle imprese in Emilia-Romagna -Alessandra Borgatti – ASTER, Responsabile Sportello APRE Emilia-Romagna
  • L’esperienza di un’impresa nel Programma Quadro – Stefano Minguzzi – R&D Financial & Project Management di Marposs Spa
  • NMP in Horizon 2020 - Martina Desole – National Contact Point NMP di APRE, Agenzia per la promozione della ricerca europea
  • Domande dalla sala
  • ore 17.30 – Chiusura lavori

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Facilitating Sanitation with Appropriate Surface Coatings

Taken from WikipediaSanitation is a key issue in critical areas as present in hospitals, medical practices or aseptic machinery just to name a few. Traditionally, disinfection or sterilization are guaranteed by defined cleaning procedures. In the recent years progress in especially the nano-, bio- and coating technologies have put forward strategies aimed on improving the efficacy of cleaning by designing self-cleaning, anti-sticking or antimicrobial surfaces. These coatings have already found application in daily life including items such as clothes and linen, furniture, clinical equipment, hand-touch sites, stationary, plastic items, electronic equipment and general surfaces such floors, walls and doors.

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MDS, l’attrazione magnetica per il riciclo della plastica

Il futuro del riciclo delle materie plastiche potrebbe cambiare grazie all’impiego di magneti e nanoparticelle magnetiche. A breve, infatti, questi strumenti potrebbero rivoluzionare il modo di selezionare la plastica destinata al riciclo, migliorando sensibilmente lo smistamento automatizzato dei rifiuti in plastica, con un conseguente risparmio di miliardi di euro in importazioni di materie prime e a una consistente riduzione dei materiali plastici inviati alle discariche e agli inceneritori.

Il progetto W2Plastics, attraverso un consorzio finanziato dall’Unione Europea e costituito da 12 istituti di ricerca e partner industriali, si propone appunto di sviluppare una processo commercialmente valido per la cernita delle plastiche riciclate, attraverso l’impiego di una innovativa tecnologia di separazione a densità magnetica (Magnetic Density Separator – MDS).

La nuova tecnologia consente di ridurre drasticamente i costi di cernita degli imballaggi in plastica, in particolare di rifiuti domestici quali contenitori e flaconi per prodotti alimentari, detergenti e cosmetici, realizzati prevalentemente in poliolefine. Il termine generico poliolefine sta ad indicare un gruppo di materie plastiche che comprende il polietilene – nelle forme a bassa densità (LDPE), lineare a bassa densità (LLDPE) e ad alta densità (HDPE) – e il polipropilene (PP). Le poliolefine incidono per oltre il 47% (11,2 milioni di tonnellate) del consumo totale in Europa occidentale, pari a 24,1 milioni di tonnellate di plastica l’anno. Questi polimeri sono tutti riciclabili, ma uno degli ostacoli maggiori che possono compromettere il buon esito e l’economicità del processo di riciclo è rappresentato dalla difficoltà di ottenere rifiuti omogenei per ciascun tipo di polimero. È chiaro quindi che un processo in grado di separare efficacemente la plastica riciclata selezionando i diversi polimeri poliolefinici, può offrire le migliori garanzie per ottenere materiali di alto valore aggiunto per l’industria del riciclo. Prosegui la lettura »

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Fotovoltaico: arrivano le nanoantenne che catturano anche gli infrarossi


Rectenna (Fonte: Nanowerk)

Gli scienziati studiano ormai da diversi anni le potenzialità di una nuova tecnologia di sfruttamento dell’energia solare, basata sulla fabbricazione di fotodiodi di dimensioni nanometriche. Questi dispositivi, denominati nano-antenne, sarebbero infatti in grado di catturare la luce in tutte le lunghezze d’onda per trasformarla in energia elettrica.
Come è noto, la luce alle lunghezze d’onda dell’infrarosso costituisce più di un terzo di quella che raggiunge la Terra dal Sole, ma i comuni dispositivi fotovoltaici a base di silicio non sono in grado di catturarla. La causa di questo limite è dovuta a un gap di banda presente in ogni semiconduttore, a causa del quale la luce sotto una certa frequenza attraversa il materiale senza generare corrente. Per ovviare a questo inconveniente, da qualche anno i ricercatori stanno cercando di realizzare un dispositivo fotovoltaico dotato di una nano-antenna metallica in grado di svolgere un duplice ruolo: funzionare innanzi tutto come antenna ottica per raccogliere e concentrare la luce solare,  e in più svolgere la funzione di fotodiodo, in grado di convertire la luce in una corrente di elettroni.  Questo genere di nano-antenna viene anche definito “rectenna” (contrazione di rectifying antenna) a causa della sua capacità di assorbire l’energia solare e rettificarla da corrente alternata in corrente continua.
Un dispositivo fotovoltaico dotato di un array di rectenne è teoricamente in grado di catturare più del 70% della radiazione elettromagnetica proveniente dal sole, e di convertirla efficacemente in energia elettrica. Questa tecnologia potrebbe quindi rappresentare un significativo miglioramento rispetto ai pannelli fotovoltaici tradizionali in silicio, i quali possono catturare al massimo il 20% della radiazione solare disponibile, e necessitano di un dispositivo a parte per convertire l’energia raccolta in una forma fruibile dalla rete elettrica. Per tutti questi motivi, da diversi anni la comunità scientifica internazionale sta cercando di tradurre in pratica le grandi potenzialità delle rectenne, finora espresse solo dal punto di vista teorico.
Recentemente, il gruppo di studio guidato dal Prof. Willis, professore associato all’UConn – University of Connecticut – ha presentato i risultati di una innovativa tecnica di fabbricazione delle nano-antenne, denominata Selective Area Atomic Layer Deposition (ALD), brevettata nel 2011.
Attraverso la ALD gli scienziati della UConn hanno potuto realizzate un dispositivo a rectenna, costituito in pratica da un diodo a tunnel di dimensioni nanometriche. Uno degli elettrodi della rectenna ha una forma appuntita, simile alla punta di un triangolo; il segreto che garantisce il buon funzionamento del dispositivo è la distanza estremamente ravvicinata tra i due elettrodi, paragonabile al contatto di una punta di spillo su una parete. La limitata grandezza di questo intervallo dimensionale è il fattore critico per garantire il massimo trasporto di elettricità: in pratica, la distanza nanometrica tra i due elettrodi fa sì che gli elettroni riescano ad incanalarsi verso l’elettrodo opposto, senza possibilità di invertire la direzione. Ciò fa sì che la rectenna sia in grado di catturare l’energia degli elettroni rettificandola in una corrente unidirezionale. Inoltre, il dispositivo è in grado di convertire anche la componente infrarossa della radiazione solare, e in generale tutto lo spettro del visibile. Prosegui la lettura »

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Solar Steam, il solare termico che impiega le nanoparticelle per produrre vapore

Sistema Solar Steam sviluppato dalla Rice University - TexasGli scienziati della Rice University di Houston  (Texas) hanno sviluppato una nuova tecnologia rivoluzionaria che utilizza nanoparticelle per convertire l’energia solare direttamente in vapore. Il nuovo generatore di vapore ad energia solare è stato sviluppato dal LANP, il Laboratorio di Nanofotonica della Rice University, ed è  così efficace che può produrre vapore anche dall’acqua gelata.

I dettagli di questo nuovo metodo di produzione di vapore sono stati pubblicati recentemente sulla prestigiosa rivista ACS Nano. Il prototipo realizzato dagli scienziati ha un rendimento energetico complessivo del 24% , che potrebbe essere ulteriormente incrementato con l’affinarsi della tecnologia. Tuttavia, gli inventori del generatore di vapore solare (Solar Steam) sono convinti che il primo utilizzo del loro dispositivo non sarà per la produzione di energia elettrica, ma piuttosto per la depurazione dell’acqua e la sterilizzazione di dispositivi igienico-sanitari nei Paesi in via di sviluppo.

Negli ultimi anni sono stati realizzati numerosi impianti che consentono di produrre  vapore direttamente dall’energia del sole, grazie  all’impiego di concentratori solari. Rispetto ai dispositivi conosciuti, questa nuova tecnologia mostra una notevole efficienza grazie alla presenza di nanoparticelle in grado di catturare la luce solare e convertirla in calore. Se immerse in una soluzione acquosa ed esposte alla luce del sole, le nanoparticelle si riscaldano così in fretta da vaporizzare immediatamente l’acqua che le circonda. Il riscaldamento avviene su scala nanometrica: le dimensioni delle particelle possono essere addirittura inferiori alla lunghezza d’onda della luce che le colpisce, il che significa che per dissipare il calore esse hanno a disposizione una ridottissima superficie. Questo intenso riscaldamento consente di generare vapore localmente, proprio in corrispondenza della nanosuperficie, in maniera efficiente e del tutto insolita. Per dimostrare a livello pratico quanto questa generazione di vapore localizzato possa essere lontana dall’esperienza comune, i ricercatori della Rice University hanno videoregistrato un esperimento durante il quale la radiazione solare viene diretta su una provetta contenente la soluzione di nanoparticelle immersa ​​ in un bagno di acqua ghiacciata. Nel video si dimostra che concentrando la luce solare sulla provetta è possibile creare vapore direttamente dall’acqua quasi congelata.

Per quantificare i possibili sviluppi tecnologici di questo genere di dispositivo, occorre innanzi tutto ricordare che il vapore è uno dei fluidi industriali più utilizzati al mondo. Infatti, circa il 90% dell’energia elettrica è prodotta dal vapore, ma esso è utilizzato anche per sterilizzare i rifiuti sanitari e gli strumenti chirurgici, per preparare il cibo e per purificare l’acqua. Per contenere i costi di produzione, la maggior parte del vapore industriale oggi viene prodotta in grandi caldaie, ma l’efficienza di questi nuovi generatori di vapore ad energia solare potrebbe consentire di realizzare processi economici anche su una scala molto più piccola.

Le popolazioni dei  Paesi in via di sviluppo potrebbero essere le prime a vedere i benefici del “vapore solare”. Gli studenti di ingegneria della Rice hanno già creato un’autoclave a vapore solare in grado di sterilizzare strumenti medici e dentali presso le cliniche che non hanno energia elettrica. Inoltre questo  gruppo di ricerca, guidato dalla Prof.ssa Halas, ha vinto uno dei premi stanziati dalla Bill&Melinda Gates Foundation per creare un sistema di trattamento dei rifiuti umani utilizzabile su piccolissima scala in zone prive di fognature ed elettricità. Il “vapore solare” ha notevoli potenzialità anche perché non richiede una grande estensione di specchi o pannelli solari per funzionare efficacemente.  Ad esempio, la finestra di luce nell’autoclave dimostrativa è di pochi centimetri quadrati. Altri usi potenziali del generatore potrebbero essere individuati nell’alimentazione di sistemi ibridi di aria condizionata e riscaldamento, oppure per dissalazione e la depurazione dell’acqua.

La Prof.ssa Halas, capofila del progetto, è uno dei massimi esperti mondiali nel campo delle nanoparticelle fotoreattive, utilizzabili in svariati settori della medicina, della diagnostica e della produzione energetica.  Forte di questa esperienza, per la realizzazione di questo generatore di vapore il team di ricerca ha messo a punto una nanoparticella che reagisce a uno spettro di radiazione molto ampio, che si estende anche oltre il campo del visibile, in modo da garantire una grande versatilità d’impiego anche in condizioni non ideali.

Fonte: Sciencedaily

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Future Applications of Graphene

Artistic representation of a corrugated graphene sheet (credits Jannik Meyer).

In a recent article published in Nature an international team of authors, comprising the Nobel Prize-winner Kostya Novoselov, originating from the University of Manchester, Lancaster University, Texas Instruments Incorporated, AstraZeneca, BASF and  Samsung Advanced Institute of Technology has described their view on where future applications of graphene may lie in. Prosegui la lettura »

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Biomimesi: produrre idrogeno ispirandosi alla struttura delle ali di farfalla

Biomimesi delle nanostrutture presenti sulle ali delle farfalle per la realizzazione di collettori solari fotocatalitici a base di biossido di titanio (fonte: American Chemical Society)

Le ali delle farfalle sono tra le strutture più delicate presenti in natura, ma hanno anche proprietà strutturali così sofisticate da ispirare lo sviluppo di una nuova tecnologia per produrre gas idrogeno a partire da acqua e luce solare. La ricerca è condotta dalla università cinese Shanghai Jiao Tong University, e promette di sviluppare un dispositivo in grado di raddoppiare la produzione di idrogeno rispetto a quelli attualmente disponibili. Per realizzarlo, i ricercatori, coordinati dal Prof. Tongxiang Fan, hanno preso a modello due specie di farfalle dalle ali prevalentemente nere, la Troides Aeacus e la Papilio Helenus Linnaeus, conosciuta anche come Red Helen.

È noto che la produzione di idrogeno gassoso a partire dalla luce solare e dall’acqua è possibile attraverso dispositivi con proprietà fotocatalitiche, i quali utilizzano la luce per attivare materiali catalizzatori in grado di scindere l’acqua in idrogeno e ossigeno. La chiave per rendere questa tecnologia più applicabile, secondo il team di Fan, è lo sviluppo di collettori solari in grado di immagazzinare energia e mantenere stabili le caratteristiche termodinamiche del processo fotocatalitico. L’idea di ispirarsi alle ali nere della farfalla nasce proprio dall’osservazione della loro funzione di collettore solare naturale: è proprio grazie alle ali, infatti, che le farfalle che riescono a sopravvivere anche quando fa freddo, dato che esse non possono generare abbastanza calore dal loro metabolismo. Studiando nei dettagli le piccole scaglie presenti sulle ali nere delle farfalle, i ricercatori della Shanghai Jiao Tong University hanno sviluppato collettori solari che raccolgono l’energia solare da utilizzare successivamente nella fotocatalisi. L’architettura delle scaglie, rilevata al microscopio elettronico, mostra come queste siano disposte sulle ali in modo simile alle tegole sul tetto di una casa. In pratica, le micro-scaglie formano dei rilievi e presentano dei fori molto piccoli su entrambi i lati, con un’apertura sullo strato sottostante. La presenza di questi rilievi, secondo i ricercatori, ha un duplice effetto: permette alla luce diretta, caratterizzata da basse lunghezze d’onda, di incanalarsi nei fori e raggiungere gli strati sottostanti, ma consente anche di sfruttare le componenti della luce caratterizzate da lunghezze d’onda maggiori, le quali possono essere assorbite dalle pareti a tunnel presenti nelle micro-scaglie.
Per imitare al meglio queste strutture, i ricercatori hanno pensato di utilizzare il biossido di titanio, uno dei materiali fotocatalitici più noti. I dispositivi realizzati contengono biossido di titanio e nanoparticelle di platino, e possono funzionare sia come collettori solari che come fotocatalizzatori. In questo modo, secondo il team guidato da Fan, è teoricamente possibile raddoppiare la produzione di idrogeno rispetto ai comuni dispositivi. Il gruppo di ricerca sta attualmente concentrando i propri studi sulle diverse architetture gerarchiche presenti in natura, in modo da trarne fonte di ispirazione per lo sviluppo di nuove nanostrutture fotocatalitiche.

Fonte: ScienceDaily

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Le nuove frontiere delle celle bio-fotovoltaiche

Con il termine bio-fotovoltaico si indica generalmente un sistema fotovoltaico in cui, a partire da un insieme di sostanze di natura organica, si produce energia elettrica grazie a un meccanismo di fotosintesi. Per quanto teoricamente realizzabili, ad oggi i sistemi bio-fotovoltaici non hanno ancora superato la fase di laboratorio, in quanto presentano numerose difficoltà costruttive, scarsa ripetibilità dei procedimenti realizzativi e un rendimento non del tutto soddisfacente. Recentemente, un gruppo di ricercatori provenienti dal MIT (Massachusetts Institute of Technology), dall’Università del Tennessee e dalla Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, ha teorizzato la possibilità di ricavare una quantità di energia elettrica non trascurabile a partire dalla membrana di un complesso proteico denominato Fotosistema-I (in inglese Photosystem-I  o PS-I). La strategia elaborata in questo studio prospetta una conversione di energia dello 0,1%, ancora troppo piccola per qualsiasi applicazione pratica, ma comunque 10.000 superiore rispetto a quelle indicata nelle precedenti pubblicazioni scientifiche.

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From Photosystem I to Bio-Solar Cells

Scheme of the Design Strategy of Creating Bio-Solar Cells (adopted from Meshin et al., 2012).

A group of researchers from the Massachusetts Institute of Technology, the University of Tennessee and the Ecole Polytechnique Federale de Lausanne has presented an approach harvesting electrical energy from the integral membrane protein complex photosystem I. The strategy elaborated in the present study arrives at an energy conversion of 0,1 %. While this factor is way too small for any real-word application it means an improvement of a factor of 10.000 with respect to a previous work originating from the same principle investigator.
The paper by Mershin and collaborators which was published on the open access journal Science Reports oriented its principle idea on a previous work published by MIT researcher Shuguang Zhang and collaborators from 2004. The key idea is based on relying on the photosystem I (PS I) which is involved in a plant’s photosynthesis. The PS I permits to convert light energy into electron transfer. The original approach derived the PS I from plants and layered them on a glass substrate. However, the assembling and stabilizing needed the use of rather expensive chemicals and sophisticated lab equipment. Additionally, the resulting solar cell efficiency was orders of magnitude too weak to be of any practical use. Prosegui la lettura »

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Nanoshell whispering, i nanogusci fotovoltaici “sussurranti” che intrappolano la luce

Nanoshell whispering

Nanoshell whispering

Gli ingegneri di Stanford hanno creato nanogusci fotovoltaici in grado di sfruttare un particolare fenomeno fisico per intrappolare la luce. Il risultato potrebbe migliorare in maniera straordinaria l’attuale efficienza delle celle solari a film sottile, riducendone sia il peso che il costo.

A molti di noi è capitato di sperimentare direttamente il fenomeno acustico della camera a sussurro, per il quale, al di sotto di una cupola o di una volta – o in una qualsiasi camera racchiusa in un’area circolare o ellittica – è possibile ascoltare chiaramente in qualsiasi punto della struttura i “sussurri” prodotti in altre parti della costruzione. Recentemente, gli scienziati di Stanford hanno preso spunto da questo fenomeno per produrre sottili nanosfere cave costituite di un particolare materiale fotovoltaico, il silicio nanocristallino. Il silicio nanocristallino, infatti, è un eccellente materiale fotovoltaico, con caratteristiche di ottima efficienza ed alta resistenza in condizioni di esposizione estrema alla luce, ma presenta una bassa capacità di assorbimento, il che si traduce in una forte richiesta di materiale per ottenere una cella fotovoltaica in grado di produrre un quantitativo non trascurabile di energia elettrica. Le nanosfere fotovoltaiche sono in grado di propagare la luce al loro interno allo stesso modo in cui le camere a sussurro intrappolano le onde acustiche, e in pratica migliorano notevolmente l’assorbimento del materiale. Grazie a questo effetto, secondo gli ingegneri di Stanford, si potrebbe ridurre notevolmente il peso e quindi il costo delle attuali celle fotovoltaiche a film sottile. Prosegui la lettura »

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