Articoli con tag materiali

Thomson Reuters “Research Fronts 2013″

Thomson Reuters ha recentemente pubblicato il report “Research Front 2013 – 100 Top-ranked Specialities in the Sciences anThomson Reuters - Research Fronts 2013d Social Sciences“, attraverso il quale presenta i primi 100 fronti di ricerca del 2013, relativi a 10 macro-aree delle scienze e delle scienze sociali, emersi da un’importante attività di analisi e monitoraggio delle pubblicazioni scientifiche. Tali fronti rappresentano le aree in cui si sta concentrando l’attività di ricerca a livello mondiale e che, quindi, rappresentano ambiti chiave da monitorare nel corso del 2013.

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Significant Improvements of Single-Junction Solar Cell Efficiency

Hybrid Solar Cell: The hybrid concept is based on using pentacene and lead sulfide nanocrystals (source: Ehrler et al.).

Researchers from Cambridge University have published a work in which they describe an organic/inorganic solar cell design aimed on significantly improving the efficiency of single-junction solar cells. The design is intended to allow photocurrent harvesting from a broader wavelength range.

Following the Shockley-Queisser limit the efficiency of single-junction silicon solar cells is limited to a value of about 34 %. This value is rationalized by principle physical considerations considering black body radiation, recombination effects and spectrum losses. The latter effect plays the most crucial role. The traditional solar cell design does not allow to use the infrared wavelength regime of sun which, however, carries a significant amount of the sun light’s energy. On the other side design strategies relying on nanocrystals which permit photocurrent harvesting from infrared radiation are not able to convert energy transported in the UV and visible light range. Additional practical considerations explain that commercially available solar cells are limited to efficiencies of 14 % to 19 %.

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Light Weight Structures Follow Instructions from Nature

The picture on the left shows a lightweight structure made of polyamide inspired by bionic principles. The picture on the right shows its detailed simulation on the computer (credit: Fraunhofer IWM).

In nature a large  number of examples of lightweight and yet strong and resilient objects can be found. Just think about bones and teeth or straw or bamboo. The combination of lightweight with excellent mechanical properties is due to the intelligent design of the internal structure evolution has come up with. Hence,  it seems appealing to transfer these ideas to the production of lighter and durable plastic products.

This is why researchers from two Fraunhofer Institutes the ones for Mechanics of Materials IWM and for Environmental, Safety and Energy Technology UMSICHT collaborate on a project entitled “Bionic Manufacturing”. This project intends to mimic nature and, hence, to develop products that are lightweight but strong and economic in their use of materials.

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Consulting Nature: A new approach to liquid repellence technology

An illustration showing a schematic of slippery surface and its characteristics of repelling many fluids (credit: James C. Weaver and Peter Allen).

Nature, throughout its evolution matured many highly-sophisticated technologies. The transfer of these technologies, once understood, may provide great benefits on problems of daily life. Examples which demonstrate the transfer from strategies established in nature to technologies used by human kind can be found in the hook-and-loop fastener, the rounded form of a ship’s body tip and winglets as to name just a few. In a recent study published in the September issue of Nature researchers from Harvard University report on their adoption of a liquid repellent technology acting in the carnivorous pitcher plant Nepenthes. The group headed by Joanna Aizenberger considers that the developed material may provide self-lubricating, self-cleaning and self-healing properties. Possible applications are seen in biomedical fluid handling, fuel transport, anti-fouling and anti-icing technologies, self-cleaning windows and improved optical devices.

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From Carbon Dioxide to Few-Layer Graphene

High resolution image of a single graphene sheet (source: http://www.grapheneenergy.net)

In a recent paper published in the Journal of Material Chemistry entitled “Conversion of Carbon Dioxide to Few-Layer Graphene” researchers from Illinois and Texas propose a new, possibly more cost effective way to produce high yields of graphene. The researchers burned magnesium in dry ice.  This process led to the formation of magnesium oxide and carbon. While the principle reaction and process has been known for long, the group of researchers claims that it is the first time to demonstrate that the described processing results in the formation of few-layer nanosheets of graphene in high yields.

Graphene is a two-dimensional material comprised of a single layer of atoms which are arranged on a hexagonal lattice. In the past few years graphene has received much attention for its excellent mechanical and electronic properties. It is thought to possibly replace silicone as the material of the future. Applications of graphene are seen in sectors diverse such as the fields of sensors, nano-electronics, composites, hydrogen storage, lithium-ion batteries and health-care.  However, currently one of the limits is the rather challenging and cost-intensive production process. This is why research on graphene does not solely concentrate on the material’s properties, but also on possible production processes which in the future may provide industrial scale production. Prosegui la lettura »

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Turning on and off graphene

An Artistic Impression of the Interaction between Graphene and Light (credit: Luis E. F. Foa Torres)

In a recent study published in the journal “Applied Physics Letters” a multinational research team from Argentina, Spain and German proposes the use of infrared radiation for the control of graphene’s electronic properties, namely turning graphene conduction on or off.

In general, the physical and electrical properties of graphene have received  much attention from an academic, but also industrial perspective in the last few years. So far, the highlight of graphene research was the award of the 2010 Nobel Prize to Andre Geim and Konstantin Novoselov from the University of Manchester. Prosegui la lettura »

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Convenience vs. Conscience – Food Packaging in the 21st century

Thomson Reuters ha recentemente pubblicato un proprio studio che esplora l’industria del food packaging, identificandone i principali trends e drivers.

L’analisi riporta una valutazione dello stato dell’innovazione nei settori del food and beverage packaging, effettuata utilizzando dati provenienti da verie fonti proprietarie tra cui: brevetti, marchi, letteratura scientifica, dati relativi a litigation nonché i risultati di una survey realizzata su un campione di oltre 1000 individui.

Food Packaging

Credit: Reuters/Hazir Reka

I risultati dell’analisi evidenziano come gran parte delle innovazioni introdotte a livello di packaging material e/o di metodi/tecniche di impacchettamento derivi dalle aziende (B2B) che sviluppano, producono e vendono macchinari, impianti e materiali ai grandi produttori di cibo e bevande. Tali attività di R&D sono fondamentalmente orientate a migliorare la disponibilità e la qualità di cibo e bevande confezionati e le invenzioni che ne risultano sono, per lo più, protette da brevetti o da design.

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Lighter and stronger steels obtained by flash processing

Setup of the flash processing of a steel sheet.

The art of steel making is known for several thousands of years and the modern steel making process can be associated to the 17th century. Hence, it comes as a surprise to relate the production and treatment of steel with innovation processes leading to lighter, stronger and more fuel-efficient vehicles. This is, however, what is claimed by researchers from Ohio State University and the US American company Bainite Steel. In a recent research article published in “Material Science and Technology“ they describe a new steel hardening method taking less than 10 seconds  instead of hours or days. In addition, it is claimed that the obtained steel is stronger and more shock-absorbing than the most common titanium alloys currently used in industrial applications.

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Material Research – A Key to Improved Combined Cycle Power Plant Efficiency

In the past years, the fact that fossil energy resources are limited has stimulated research in several directions. These include the investigation and the development of alternative and sustainable energy sources, but also increasing the efficiency of both the generation and the use of energy.

Natural Gas Combined Cycle Gas Plant

Scheme of a natural gas combined cycle power plant (source: http://www.consumersenergy.com)

Regarding the energy efficiency of power plants hydro and tidal power plants are the most efficient technologies arriving at efficiencies of around 90 %. These are followed by large gas fired combined cycle gas turbine (CCGT) plant which have proven efficiencies of 59 %. These combine a gas turbine together with a steam turbine.  Energy in form of heat present in the gas turbine’s exhaust gases  is used to produce steam which allows the creation of additional energy with a steam turbine, thus increasing the plant’s overall efficiency. This technology is mainly dominated by players such as Alstom Power, Mitsubishi, General Electric and Siemens. Actually, the latter one has recently claimed to have even reached the threshold of 60 %.

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Sensori in Fibra Ottica. Il progetto di ricerca dell’Università degli Studi del Sannio.

La diffusione della tecnologia delle fibre ottiche ha permesso l’utilizzo della componentistica standard (ad elevate prestazioni e dai costi contenuti) destinata alle telecomunicazioni per la creazione di sensori altamente performanti, basati su reticoli di Bragg, capaci di monitorare molteplici parametri anche simultaneamente: temperatura, pressione, forza, flusso, radiazioni, livelli di liquidi, ph, spostamento, umidità, vibrazioni, deformazione, rotazione, velocità, campi magnetici, campi elettrici, campi acustici, accelerazione. Le rivelazioni di queste grandezze avvengono attraverso sensori che possono essere posti anche a decine di chilometri dal punto in cui avviene la misurazione.
Le fibre ottiche, quindi, oltre ad essere un mezzo consolidato per i sistemi di comunicazione, forniscono una tecnologia all’avanguardia per la realizzazione di sensori affidabili e di facile integrazione con strutture ed ambienti di ogni genere. Le fibre ottiche possono operare come sonde di misura per indagini puntali altamente localizzate, come pure costituire reti di sensori distribuiti nell’ambiente o inglobati in materiali.

Università degli Studi del Sannio.

Al di la di queste importanti caratteristiche, i vantaggi sono innumerevoli: immunità alle interferenze elettromagnetiche, biocompatibilità, tempi di risposta rapidi, semplicità nella multiplazione dei punti di misura, resistenza alla corrosione e quindi possibilità di applicazione in ambienti ostili, capacità di monitorare contemporaneamente più parametri e soprattutto le loro piccole dimensioni li rendono minimamente intrusivi.
La realizzazione di nuovi dispositivi in fibra ottica richiede competenze multidisciplinari nella progettazione optoelettronica, nell’identificazione e definizione dei materiali in grado di offrire le proprietà ottiche necessarie e nella messa a punto di tecnologie efficienti di fabbricazione in grado di assicurare la precisione richiesta. Il notevole sforzo che è stato prodotto dalla comunità scientifica nello sviluppo di dispositivi multifunzionali miniaturizzati sembra essere carente proprio nella capacità di gestire in maniera simultanea i differenti aspetti scientifici e tecnologici: l’optoelettronica, la scienza ed ingegneria dei materiali e lo sviluppo e l’ottimizzazione delle opportune tecnologie di manifattura.
A tal riguardo è interessante segnalare la realtà del gruppo di ricerca di Optoelettronica e Sensori del Dipartimento di Ingegneria dell’Università degli Studi del Sannio, guidato dal professor Antonello Cutolo. Il gruppo di ricerca ha già ricevuto importanti riconoscimenti internazionali nel campo della sensoristica optoelettronica, dimostrando il proprio livello di eccellenza.
I risultati della ricerca svolta presso l’ateneo sannita hanno portato innovazione nella fabbricazione di dispositivi sensoriali avanzati in fibra ottica impiegabili nel monitoraggio chimico, biologico e ambientale. I notevoli successi ottenuti dalla collaborazione con Finmeccanica, Cnr e altre realtà d’avanguardia hanno permesso che i sensori sviluppati presso l’Università del Sannio trovino già impiego in ambiente sottomarino e siano sperimentati in infrastrutture ferroviarie, in aereomobili e nell’acceleratore di particelle del Cern di Ginevra.
Il prof. Antonello Cutolo, fra i massimi esperti italiani di optoelettronica, è coordinatore di un ambizioso progetto di aggregazione di competenze nazionali finalizzato alla creazione di un laboratorio di eccellenza, in grado di concentrare competenze scientifico-tecnologiche attraverso una stretta e strutturale collaborazione tra imprese industriali e mondo della ricerca pubblica, al fine di sviluppare una infrastruttura tecnologica abilitante basata su componenti optoelettronici sub-micrometrici innovativi.
La creazione di questo centro di eccellenza offre alle aziende italiane di accedere ai risultati della ricerca prodotta all’interno di una struttura che aggregherà competenze tecniche e scientifiche che derivano da anni di esperienza nell’utilizzo della fibra ottica nella sensoristica.

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