CARITRO 2017 - Bando ricerca e sviluppo economico per progetti di ricerca scientifica programmati e realizzati in collaborazione tra realtà di ricerca e sistema economico trentino con il coinvolgimento di giovani ricercatori Post Doc

Gruppo di ricerca

Afferenti al Dipartimento di Ingegneria Industriale

Prof. Alberto Quaranta, coordinatore, caratterizzazione dei materiali
Prof. Sandra Dirè, sintesi e funzionalizzazione dei materiali
Prof. Lucio Pancheri, realizzazione e caratterizzazione dei fotorivelatori

Giovani ricercatori

Dr. Marco Vittorio Nardi
Dr. Melanie Timpel
Altre realtà coinvolte nella ricerca
OPTOI Microelectronics s.r.l., Trento, Dr. Matteo Bregoli
Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Istituto IMEM, Dr. Matteo Bosi, Dr. Roberto Verucchi 
Fondazione Bruno Kessler (FBK), Dr. Leandro Lorenzelli.
Università di Padova, Dipartimento di Chimica Inorganica, Prof. Maurizio Casarin 
Università di Modena e CNR-IOM, Prof. Luca Pasquali 
NOIVION s.r.l., Rovereto (TN), Dr. Gianpiero Tedeschi 
Microla s.r.l., Torino, Dr. Giorgio Damosso 

Obiettivi del progetto

Sviluppare e ottimizzare materiali innovativi basati su dicalcogenuri di metalli di transizione per la rivelazione di luce dall’ultravioletto (UV) al vicino infrarosso (NIR). 
Realizzare sensori ottici a banda larga (300-1200 nm) basati su MoS2 cresciuto con metodologie scalabili industrialmente e funzionalizzato per ottimizzarne le proprietà di rivelazione. 
Dimostrare la funzionalità dei sensori realizzati in diversi ambiti applicativi: produzione industriale, settore Agronomico, Ambientale e dell’Automotive.

Contesto scientifico

Il progetto si inserisce nel filone di ricerca, sorto in questi ultimi anni, per lo sviluppo di sensori ottici 2D a banda larga. Questi sensori si basano su materiali ultrasottili, costituiti da pochi strati atomici, in grado di convertire in segnale elettrico la radiazione elettromagnetica compresa in una banda che va dall’ultravioletto-visibile all’infrarosso. Oltre al più noto grafene, una classe di materiali verso la quale si stanno orientando molti gruppi di ricerca internazionali sono i dicalcogenuri di metalli di transizione, come MoS2, MoSe2, WS2, MoTe2, WSe2. Al momento il materiale più promettente è il MoS2, che si è dimostrato potenzialmente in grado di lavorare come foto-rivelatore nell’intervallo di lunghezze d’onda compreso fra i 300 (vicino UV) e i 1200 nm (infrarosso). Questo materiale sarebbe in grado di sostituire gli attuali sensori ottici “wide range”, i quali richiedono la combinazione in array e multistrati di materiali diversi (quali silicio, silicio drogato e InGaAs) e costosi.

Attività previste

  1. Sintesi di mono e multistrati di MoS2 mediante deposizione CVD, esfoliazione di singolo cristallo e sintesi sol-gel.
  2. Test per la realizzazione di film di MoS2 mediante ion jet deposition IJD, allo scopo di arrivare con questa tecnologia alla scalabilità industriale.
  3. Funzionalizzazione della superficie per incrementare la sensibilità e studio delle tecniche di incapsulamento in materiali plastici.
  4. Caratterizzazione delle proprietà chimiche, morfologiche, elettriche e ottiche dei campioni prodotti.
  5. Studio e progettazione di architetture di prototipi industrializzabili per la realizzazione di sensori ottici basati su MoS2.
  6. Implementazione dei sensori realizzati in sistemi di rivelazione ambientale e Agro food (es. LIDAR, sofisticazione chimica di olii alimentari).

Pubblicazioni

1) M.V. Nardi, M. Timpel, G. Ligorio, N. Zorn Morales, A. Chiappini, T. Toccoli, R. Verucchi, R. Ceccato, L. Pasquali, E.J.W. List-Kratochvil, A. Quaranta, and S. Dirè, “Versatile and scalable strategy to grow Sol − Gel derived 2H-MoS2 thin films with superior electronic properties,” ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 34392−34400.
https://doi.org/10.1021/acsami.8b12596

2) M. Gobbi, S. Bonacchi, J.X. Lian, A. Vercouter, S. Bertolazzi, B. Zyska, M. Timpel, R. Tatti, Y. Olivier, S. Hecht, M.V. Nardi, D. Beljonne, E. Orgiu, P. Samorì, “Collective molecular switching in hybrid superlattices for light-modulated two-dimensional electronics,” Nature Communications 2018, 9, 2661. 
https://doi.org/10.1038/s41467-018-04932-z

 
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