ADRIANO ZECCHINA - NIS

ADRIANO ZECCHINAADRIANO ZECCHINA3

Il Centro “Superfici ed Interfasi

Nanostrutturate”

(NIS

dall'acronimo

inglese) è un Centro di Eccellenza N

azionale che riu-

nisce un gruppo di ricercatori di area Chim

ica, Fisica e Biologica

dell'Università di Torino, nato nel m

arzo 2003 in seguito ad un complesso

processo progettuale e di valutazione. Si tratta di una associazione di ricercatori finalizzata allacollaborazione interdisciplinare nel cam

po delle nanotecnologie delle superfici e delle interfasi,attraverso la condivisione di risorse e con progetti di ricerca specifici. A circa due anni dall' iniziodell’attività proponiam

o con questa pubblicazione un conciso esame dell’attività svolta e dei

programm

i di sviluppo del Centro, avviato a trasform

arsi in un'istituzione scientifica stabile,inserita in m

odo sinergico nel contesto della ricerca industriale ed accademica della regione.

Il primo m

otivo di soddisfazione da sottolineare è quello riguardante le collaborazioni el'interdisciplinarità.

Lo sforzo

di unire

e valorizzare

attività di

ricerca fram

mentate

hacaratterizzato l'indirizzo del C

entro. La portata di questo sforzo si può verificare non solo daiprogram

mi scientifici, m

a anche dalle tipologie di borse di studio finanziate e dagli interventi perl’acquisizione di strum

entazione comune.

Il Centro ha una funzione locale ed una collocazione internazionale. La sua produttività

scientifica, misurata secondo gli standard bibliom

etrici internazionali, è un motivo di grande

soddisfazione. Il numero di pubblicazioni degli afferenti N

IS su riviste internazionali soggette apeer review

è significativo, e non ha uguali tra le istituzioni locali e nazionali dello stesso tipo.Q

uesta produzione si riflette in un'elevata partecipazione dei lavori dei nostri affiliati allavalutazione nazionale della ricerca realizzata recentem

ente dal CIVR

.

Lo sviluppo di una politica di organizzazione di una fitta rete di workshop (N

IS Colloquia) a

carattere nazionale ed internazionale è un secondo elemento di m

erito da evidenziare. Con

modeste risorse econom

iche ed un formato organizzativo originale, l’attività entusiasta di m

oltiafferenti al C

entro ha permesso di organizzare una serie di w

orkshop di alto livello scientifico cheha

attratto alm

eno 800

ricercatori, di

cui m

olti stranieri,

di altre

università italiane

edell’industria. Tale program

ma continuerà nel futuro con uguale intensità.

L'attività locale del Centro si realizza attraverso progetti propri, m

a anche con collaborazioni congli altri centri di ricerca e con le aziende del territorio. L'accresciuta visibilità dei laboratoriaccadem

ici coinvolti ed una linea di lavoro dedicata al trasferimento tecnologico, hanno portato

un forte impulso alle collaborazioni industriali, testim

oniato dal numero rilevante di contratti per

lo svolgimento di ricerche e servizi scientifici per le aziende. N

ella direzione del potenziamento

di questa attività si colloca inoltre l'apertura imm

inente di un laboratorio distaccato di ricercaapplicata presso il Tecnoparco del Lago M

aggiore a Verbania.

12

Indice

1. La struttura e il personale del Centro

pag.4

3. Collaborazioni industriali

pag8

4.Strumentazione e servizi

pag9

5.La Ricerca

pag12

6. Contributo N

IS alla valutazione CIVR

pag46

7.Scuole e conferenzepag

47

8.NIS C

olloquia pag

48

9. Il quadro economico

pag78

L'integrazione nel sistema regionale della ricerca è un nostro obiettivo prim

ario, ed ha trovatoattuazione

soprattutto attraverso

i progetti

di R

icerca Applicata

finanziati dalla

Regione

Piem

onte. In quell'ambito, il N

IS è il principale soggetto finanziato, attraverso progetti dicollaborazione cui partecipano i tre atenei del P

iemonte e num

erosi laboratori industriali.

Parim

enti, il Centro è parte attiva nella fase di avvio delle associazioni di coordinam

entopiem

ontese nel campo delle nanotecnologie e delle tecnologie dell'idrogeno.

Infine è da sottolineare il buon rapporto stabilito con la Com

pagnia S.Paolo che ha concesso al

NIS un finanziam

ento rilevante che permetterà al C

entro di proseguire la sua azione nei mesi a

venire. È intendimento di tutti gli aderenti di m

ostrare che questa fiducia della Com

pagnia è benriposta.

Molti aspetti dell'attività del centro non sono ancora soddisfacenti. Tra questi, cito solam

entel'inadeguatezza degli spazi, il ritardo nella realizzazione di nuovi laboraturi com

uni, ed i limiti

intrinseci imposti dalla nostra natura giuridica ed organizzativa. A tutti questi problem

i si stacercando di porre rim

edio, con fatica ma anche con entusiasm

o.

Pertanto noi tutti riteniam

o che questa esperienza debba continuare con forza perché essa haveram

ente rappresentato un salto di qualità, ancorché modesto e perfezionabile, nell’am

bito diun certo gruppo di discipline della nostra U

niversità. Con la docum

entazione che segue mi

propongo di argomentare queste conclusioni fornendo ai lettori un resoconto accurato e

stimolante della nostra attività.

Adriano Zecchina

LA STRUTTURA E IL PERSONALE7

PER

SON

ALE D

IPEN

DEN

TE DELL'U

NIVER

SITÀ

(i Dipartim

enti di appartenenza ed i recapiti sono disponibili all'indirizzo http://ww

w.unito.it)

6

LA STR

UTTU

RA

E IL PER

SON

ALE di Elio G

iamello

Una analisi anche som

maria del personale afferente al C

entro di Eccellenza NIS fa em

ergere lanatura com

posita e interdisciplinare di questa struttura. Dai vari D

ipartimenti scientifici coinvolti

hanno aderito al NIS una settantina di unità di personale universitario strutturato e sono al

mom

ento attivi nell’orbita del Centro di Eccellenza altrettanti non strutturati suddivisi tra

Borsisti, Assegnisti (praticam

ente tutti Dottori di R

icerca) e studenti di Dottorato.

Il personale strutturato ha il suo nucleo quantitativamente più esteso nei D

ipartimenti chim

icidell’Ateneo m

a la partecipazione dei dipartimenti fisici, biologici e di neuroscienze è ben più di

una presenza occasionale. Il contatto e lo scambio di esperienze in seno al N

IS sono stati il puntodi partenza di una serie di azioni in collaborazione che sono l’elem

ento caratterizzante e la cifrapiù originale del C

entro di Eccellenza torinese.

La settantina

di persone

con contratti

a tem

po determ

inato costituisce

un insiem

e a

composizione variabile m

a la cui forza numerica tende a rim

anere costante nel tempo poiché le

persone in uscita sono quasi sempre sostituite da forze fresche in ingresso. La presenza di

studenti di dottorato (o “dottorandi”) è prevalente in questo insieme (circa il 65%

) e in questo ilN

IS ricalca la struttura e le prassi dei laboratori di ricerca dei paesi dell’Europa più sviluppatadove il dottorato è la fase cruciale della form

azione di un futuro ricercatore e, al contempo, il

mom

ento primario della produzione di nuova conoscenza. Q

uesto insieme di ricercatori giovani

(dottorandi e “post-doc”) con diversa formazione è la vera struttura portante della ricerca

scientifica in seno al NIS e ne costituisce la linfa vitale.

LA STR

UTTU

RA

DEL C

ENTR

O

Denom

inazione:

Centro di Eccellenza “Superfici ed Interfasi N

anostrutturate – Centre of Excellence

“Nanostructured Interfaces and Interfaces” (N

IS)

Natura giuridica:

Centro di Eccellenza ai sensi del D

.M. n.193 del 17/10/2003. La funzione legale ed

amm

inistrativa è esercitata dal Dipartim

ento di Chim

ica IFM dell'U

niversità degli Studi diTorino. Il finanziam

ento ministeriale di avvio term

ina nel Marzo 2007. A partire da quella data,

il Centro prenderà natura giuridica propria, ora in fase di definizione.

Istituzioni Affiliate:

Università di Torino: D

ipartimenti di C

himica I.F.M

., Chim

ica Generale e O

rganica applicata,N

euroscienze, Biologia Anim

ale e dell’Uom

o, Fisica Sperimentale, C

himica Analitica.

Università del P

iemonte O

rientale: Dipartim

enti Di.S.C

.A.F.F. e Di.S.T.A.

Organi e Incarichi:

Direttore (con funzioni di indirizzo), C

onsiglio Scientifico (funzione decisionale), Segretario ,C

oordinatori delle Linee di Ricerca.

Direttore:

Adriano Zecchina

Consiglio Scientifico:

Ermanno B

arni, Livio Battezzati*, Silvia B

ordiga, Emilio C

arbone*,Salvatore C

oluccia*, Elio Giam

ello*, Claudio M

anfredotti*, Claudio M

orterra*, Claudio M

inero,C

esare Pisani (con * sono indicati i coordinatori delle linee di ricerca).

Segretario: G

abriele Ricchiardi

Personale (A

prile 2006):

circa 65 docenti (Professori ordinari, associati e ricercatori), 8 Tecnici e circa 80 giovani

ricercatori in formazione (D

ottorandi, titolari di Borse di Studio, Assegnisti di R

icerca).

Professori O

rdinari:M

arcello BAR

ICC

OErm

anno BAR

NI

Flora BO

CC

UZZI

Livio BATTEZZATI

Emilio C

ARB

ON

ELU

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STAG

iuseppe DELLA G

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IAMELLO

Davide LO

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Claudio M

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TTILeonardo M

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HESE

Claudio M

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laudio MO

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Lorenza OP

ERTI

Ezio PELIZZETTI

Cristiana P

ERO

NI

Cesare P

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Giuseppina R

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Claudio SAN

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OG

ian Angelo VAGLIO

Paolo VEN

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ELLOAdriano ZEC

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Professori A

ssociati:D

aniela ALLASIAVera B

OLIS

Silvia BO

RD

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Valentina CAR

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IEttore VITTO

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Ricercatori:

Paola B

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Pierangiola B

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Valentina BR

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ELLAP

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Silvia CASASSA

Giuseppina C

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aria FERR

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Enrica GIAN

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Pierluigi Q

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Gabriele R

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HIAR

DI

Paola R

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ominique SC

ALARO

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Personale Tecnico e

Assistenti:

Angelo AGO

STINO

Susanna ANTO

NIO

TTIC

laudia BAR

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Elena BO

TTIZZOAlessandro D

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Ivana FENO

GLIO

Maela M

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LA STRUTTURA E IL PERSONALE9

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Gianluca

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DR

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DR

DR

DR

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ARDR

DR

DR

ADR

PD

PD

ARDR

Chim

ica IFMC

himica IFM

Biologia aninale e dell'uom

oC

himica IFM

Fisica sperimentale

Dista- U

nipmn

Neuroscienze


oC

himica IFM

Neuroscienze

Fisica sperimentale

Chim

ica IFMFisica sperim

entaleN

euroscienzeC

himica IFM

Chim

ica IFMC

himica IFM

Chim

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euroscienzeC

himica IFM

Chim

ica GO

AC

himica IFM

Chim

ica IFMC

himica IFM

Imgc "G

. Colonnetti"

Chim

ica IFMC

himica IFM

Chim

ica IFMC

himica IFM

Chim

ica IFMC

himica IFM

Chim

ica IFMScienze m

ediche – Unipm

nC

himica IFM


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Chim

ica IFMC

himica IFM

Chim

ica IFMC

himica IFM

Chim

ica IFMC

himica IFM

Chim

ica IFMC

himica IFM


oC

himica IFM

Chim

ica IFM

8

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laudiaStefanoG

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RN

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HIO

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DR

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DR

DR

DR

DR

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DR

ARDR

D

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RD

RD

RD

RD

RD

RD

RARAD

RD

RD

RD

RD

RD

R

Personale non strutturato

Elenchiamo il personale assunto a vario titolo

a tempo determ

inato. Include i beneficiari diB

orse di Studio, Assegni di Ricerca, e vari

altri tipi di contratto.

DR

Dottorando di R

icercaP

DB

orsa di Studio Post D

oc A

RAssegnista di R

icercaA

altroP

ersonale interamente a carico del C

entro NIS

Personale con stipendi cofinanziati dal C

entro NIS

Personale con stipendi di altre am

ministrazioni

Personale a C

arico di ASP (Associazione Sviluppo P

iemonte)

SEDE

Chim

ica IFMB

iol. animale e dell'uom

oC

himica IFM

Discaff - U

nipmn

Chim

ica GO

AC

himica IFM

Chim

ica IFMC

himica IFM

Chim

ica IFMC

himica IFM

Chim

ica IFMD

ista- Unipm

nC

himica IFM

Discaff - U

nipmn

Fisica sperimentale

Chim

ica IFMC

himica IFM

Chim


entaleC

himica IFM

Scienze mediche – U

nipmn

Chim

ica IFMC

himica IFM

Chim


entaleC

himica IFM

Fisicasperimentale

Chim

ica IFMC

himica IFM

Biol. anim

ale e dell'uomo

Chim

ica GO

AC

himica G

OA

Chim

ica IFMC

himica IFM

Chim

ica IFMN

euroscienzeC

himica IFM

Scienze mediche – U

nipmn

11

LE PR

INC

IPALI C

OLLA

BO

RA

ZION

I IND

USTR

IALI IN

ATTO:

BU

ZZI UN

ICEM

SpAm

ultinazionale nel campo del cem

ento e dei materiali da costruzione, collabora con il N

IS alloscopo di sviluppare m

ateriali innovativi basati su funzionalità catalitiche: materiali cem

entiziautopulenti e con proprietà di fotodegradazione di inquinanti.

OZELLA

SpAm

ultinazionale leader nel settore del tessile avanzato, prodotto a partire da fibre di carbonio;collaborazione intesa a sviluppare m

etodi di sintesi e caratterizzazione di due principalicategorie di com

positi: carbonio/carbonio e para-aramide/carbonio. Tali m

ateriali compositi,

realizzati mediante crescita catalitica di nanofibre costituiscono le tem

atiche sviluppatenell’am

bito del finanziamento di un dottorato di ricerca e di una borsa si studio annuale.

ASSO

CIA

ZION

E TESSILE E SALU

TEente non-profit, nato da un progetto di C

ittà Studi, Asl 12 e CN

R, che si propone com

e puntodi incontro tecnico scientifico tra m

ondo della ricerca, produzione, sanità e associazioni diconsum

atori nel campo del distretto tessile biellese. Finanzia una borsa di D

ottorato diricerca finalizzata allo studio di m

ateriali innovativi nel settore tessile che permettano la

realizzazione di prodotti tessili con funzionalità non tradizionali (“smart textiles”).

AC

ETATI ITALP

ET SpAcollaborazione m

irata allo studi di stabilizzanti per applicazioni avanzate dell’acetato dicellulosa, ed al m

iglioramento dei processi produttivi. La collaborazione si avvale della sede

distaccata del NIS presso il Tecnoparco di Verbania (N

ISLabVCO

)

BIA

LETTISpAcollaborazione m

irata alla comprensione degli aspetti m

etallurgici dei processi produttivi, edallo studio di fenom

eni di corrosione.

IL CEN

TRO

CO

LLAB

OR

A IN

OLTR

E CO

N:

•C

entro Ricerche Fiat, O

rbassano (TO): collaborazione per un dottorato

•Zim

mer Inc., W

arsaw, IN

, USA su “Abrasione di U

HM

WP

E” per impianti ortopedici

•A

hlstrom Turin SpA

su “Produzione e caratterizzazione di nanofibre”

•ITT Industries, G

alfer Srl, Barge (C

N) su “C

aratteristiche dei materiali per attrito del

settore automotive in relazione a fenom

eni di disc-scoring”

•W

olframcarb SpA

, Castellam

onte (TO), su "Alligazione m

eccanica nel sistema Fe-W

"

•Fonderia artistica D

e Carli, R

ivalta (TO), su “M

essa a punto di un sistema di colata sotto

vuoto per manufatti artistici”

10

LE CO

LLAB

OR

AZIO

NI IN

DU

STRIA

LI di Ugo Finardi

L’impegno per il trasferim

ento tecnologico delle conoscenze scientifiche di base dal mondo della

ricerca a quello della produzione industriale è fondamentale per il C

entro di eccellenza NIS. Le

nanotecnologie delle

superfici trovano

infatti applicazioni

in svariati

settori dell'industria

manifatturiera. C

iò è vero non solo nei settori ad alta tecnologiama anche in settori tradi-

zionalmente considerati m

aturi o a bassa tecnologia, quali la produzione e la trasformazione dei

materiali m

etallici e polimerici, o dei m

ateriali da costruzione.

Fin dalla fondazione, il Centro persegue l'intensificazione delle collaborazioni di ricerca tra i

propri affiliati e le aziende. Gli strum

enti principali di questa attività sono la partecipazione abandi di finanziam

ento per la ricerca industriale, la realizzazione di iniziative di sensibilizzazionein collaborazione con Associazioni di C

ategoria e Cam

ere di Com

mercio ed una capillare attività

di coinvolgimento di laboratori industriali nelle iniziative scientifiche di carattere pubblico (ad

esempio i sem

inari NIS C

olloquia). Al trasferimento Tecnologico è dedicata una delle sei Linee di

Ricerca del C

entro, coordinata dal Prof. Salvatore C

oluccia.

STRU

MEN

TAZIO

NI E SER

VIZI

Il Centro N

IS opera sia supportando laboratori esistenti che gestendo laboratori propri,com

uni a tutti gli afferenti. Questa m

odalità ha permesso al C

entro di operare conefficacia

e costi

ridotti, valorizzando

il parco

delle strum

entazioni pre-esistenti

econsentendo significative nuove acquisizioni.

La maggior parte dei laboratori associati sono collocati nell’area delle Facoltà scientifiche

sull’asse di Corso M

assimo d’Azeglio a Torino. Anche i nuovi laboratori com

uni sono statiallestiti in quest’area, (Via M

ichelangelo 32), che rappresenta un vero e proprio “campus

urbano”. Alcune strumentazioni del C

entro sono inoltre ospitate presso l’Incubatoredell’U

niversità di Torino in Via Quarello (M

icroscopio elettronico TEM). E’ inoltre in corso

di realizzazione l’apertura di un laboratorio presso il Tecnoparco del Lago Maggiore a

Verbania (Loc. Fondotoce).

I Laboratori

I Laboratori afferenti al NIS sono ospitati presso i seguenti D

ipartimenti:

1D

ipartimento di C

himica IFM

2D

ipartimento di C

himica G

enerale ed Organica A

pplicata

3D

ipartimento di C

himica A

nalitica

4D

ipartimento di Fisica Sperim

entale

5D

ipartimento di N

euroscienze

6D

ipartimento di B

iologia Anim

ale e dell'Uom

o

7D

iSTA, U

niversità del Piem

onte Orientale

8D

iSCAFF, U

niversità del Piem

onte Orientale

Cui si aggiungono i laboratori laboratori com

uni di Via Michelangelo 32 (Lab. N

IS).

Sintesi e reattività•

Laboratorio di sintesiorganica avanzata (D

ip.2, Lab. N

IS)•

Laboratorio di sintesi sol-geldi m

ateriali (Dip. 8, Lab. N

IS)•

Laboratori di sintesi di filmsottili e coating: C

VD;

•D

ip-coating; evaporazionesottovuoto (D

ip. 1,2,3,4, Lab. N

IS)•

Laboratorio di metallurgia e

preparazione di vetri metallici

(Dip. 1, Lab. N

IS)•

Laboratori di catalisi efotocatalisi (D

ip.1,3, Lab. NIS)

•Laboratorio di trattam

entiradiativi dei m

ateriali (Dip. 2,4)

•Laboratorio di biologia

molecolare e cellulare con

dispositivi per PC

R e

amplificazione m

RN

A e cD

NA

(Dip. 5,6)

Analisi strutturali

•D

iffrattometri da polveri e da

cristallo singolo (Dip. 1)

•M

icroscopia elettronica(H

RTEM

e SEM) (D

ip.1) •

Microscopia a forza atom

ica(A

FM) (D

ip.1,4, Lab. NIS)

Spettroscopie •

Infrarossa: spettrofotometri

FTIR che coprono l'intero

campo spettrale da 15000 a

100 cm-1. P

ossibilità di misura

in atmosfera controllata ed a

temperatura variabile (12 K

-300 K

). Modalità di

acquisizione in trasmissione,

riflettanza e HATR

. (Dip.1,2,3,8

Lab. NIS)

•R

aman: spettrofotom

etri consorgenti LA

SER nel vicino

infrarosso (FTIR-R

aman),

nel visibile e nell’Ultravioletto

(Dip.1,4,8 Lab. N

IS)•

UV-vis e N

IR in

assorbimento e in em

issione(lum

inescenza): spettrometri

in trasmissione, in riflettanza

ed in emissione

(Dip. 1,2,3)

•EP

R (D

ip. 1)•

XPS (D

ip. 4)

Analisi term

ica-calorimetrica

•M

icrocalorimetria (D

ip.1,7:m

icrocalorimetri C

alvet) •

Analisi term

ica (TG, D

TA,

DSC

a bassa ed altatem

peratura) (Dip.1,2)

Modellistica

•Sviluppo di codici per la

simulazione quantom

eccanicadei solidi (D

ip.1)•

Chim

ica computazionale e

grafica molecolare

(Dip.1, Lab. N

IS)•

Termodinam

ica didiagram

mi di fase ( D

ip.1)

Altre tecniche di

caratterizzazione•

Tensiometria (D

ip. 2, 3)•

Crom

atografie analitiche epreparative (D

ip. 1, 2, 3,Lab. N

IS)Spettrom

etrie di massa

(Dip. 2,3, Lab. N

IS)•

Analisi dinam

ico-meccanica

dei materiali ( D

ip.1)•

Conducibilità e

fotoconducibilità ( Dip.2)

•LA

SER light scattering

(Dip. 3)

•U

nità di patch clamp per

misure di corrente e voltaggio

da singole cellule (Dip. 5,6)

LE COLLABORAZIONI INDUSTRIALISTRUMENTAZIONI E SERVIZI

STRUMENTAZIONI E SERVIZI

1213

I Servizi

I laboratori del NIS offrono non solo servizi di ricerca m

a anche di sintesi, analisi e misura.

In particolare, mettono strum

entazioni avanzate a disposizione sia delle aziende che nonpossiedono laboratori propri sia di altri centri di ricerca. La fornitura di servizi è regolata daapposite convenzioni con i D

ipartimenti interessati.

Il NIS fornisce inoltre un servizio di analisi bibliografica e brevettale prelim

inare, e di reperimento

delle competenze necessarie allo svolgim

ento di studi e misure, sia all’interrno del C

entro chepresso altri laboratori italiani ed esteri associati (ad esem

pio altri laboratori INSTM

, o laboratorieuropei del N

etwork ID

ECAT). Alcuni laboratori appartenenti al N

IS hanno ottenuto la qualificadi C

entro Nazionale di R

iferimento IN

STM, ricevendo supporto anche finalizzato al pooling

delleattrezzature e delle com

petenze.

Servizi di sintesi• Sintesi O

rganica di composti a richiesta

• Separazione di composti organici per

cromatografia liquida su colonna.

• Sintesi di materiali inorganici

• Sintesi di materiali carboniosi

• Preparazione di catalizzatori eterogenei

• Preparazione di leghe m

etallichecristalline ed am

orfe• Sintesi di C

oatings CVD

, idrotermali o a

base polimerica.

Servizi di analisi• M

isure di Tensione Superficiale di tensioattivi: determinazione attività

superficiale, della concentrazione critica micellare

• Misure di conducibilità di soluzioni acquose, ad esem

pio: conc. criticam

icellare di Tensioattivi • M

isure di Tensione Interfacciale tra olio ed acqua.• A

nalisi Gascrom

atografica con Spettrometria di M

assa, peridentificazione di com

posti organici• Spettrom

etria di Massa con introduzione diretta del cam

pione, peridentificazione di com

posti organici.• R

accolta di spettri infrarossi in modalità ATR

(Attenuated Total

Reflectance) per l’identificazione di com

posti organici da soli e adsorbitisu m

atrice solida. • M

isure di fluorescenza di composti organici da soli e in form

ulato.• Spettroscopia M

icro-Infrarossa con possbilità di registrazione dim

appe• C

aratterizzazione delle proprietà acide, basiche, redox di materiali ad

alta area superficiale: studio spettroscopico dell’ interazionesuperficie/m

olecole sonda in condizioni di temperatura (12 - 500 K

) e pressione (10 -3

– 10 2m

bar) controllate.• M

isura di spettri Ram

an con sorgenti eccitatrici multiple nell’infrarosso,

visibile ed ultravioletto. Spettroscopia Ram

an Risonante e SER

S.• C

aratterizzazione di materiali ad alta area superficiale per stoccaggio di idrogeno.

• Misure “in situ” di reattività superficiale con identificazione degli interm

edi e deiprodotti di reazione: abbinam

ento di tecniche spettroscopiche a misure di

spettrometria di m

assa• C

aratterizzazione di pigmenti e di proprietà ottiche di m

ateriali • C

aratterizzazione gemm

ologica tramite m

isure spettroscopiche• C

aratterizzazione delle proprietà vibrazionali di specie in soluzione acquosa • Identificazione di specie radicaliche tram

ite spettroscopia EPR

,• Studio di reattivita di specie superficiali param

agnetiche• Studio di specie difettive nei solidi ed in superficie • M

isure di spin-trap• C

aratterizzazione atomicam

ente selettiva di specie superficiali, di bulk, e in film: m

isure XAFS con

luce di Sincrotrone in assorbimento ed in fluorescenza in condizioni di pressione tem

peraturacontrollate.• D

eterminazioni strutturali da polveri e da cristallo singolo con tecniche diffrattom

etriche convenzionalie con Luce di Sincrotrone. • D

eterminazione diffrattom

etrica di: tessiture, orientazioni preferenziali, dimensioni di particelle ,

frazione di cristallinità in materiali vetrosi.

• Analisi diffrattom

etrica di film sottili

• Affinam

ento di strutture • M

icroscopie elettroniche SEMe TEM

: analisi morfologica

e strutturale di materiali ossidici, m

etallici, molim

erici,m

ateriali compositi

• Caratterizzazione delle proprietà di adsorbim

ento e diidrofilicità/idrofobicità

di m

ateriali e

polveri; tram

ite:M

isure volum

etriche, m

icrocalorimetriche

e

termogravim

etriche• C

alorimetrie di adsorbim

ento, TGA

, TPD

, TPR

/TPO

• Testing di reazioni catalizzate in reattore a letto fisso • A

nalisi della frattura dei materiali

• Studio di strati di cementazione di leghe

• Analisi delle porosità nei getti di colata

• Definizione di trattam

enti termici di leghe m

etalliche• M

isure di resistenza alla trazione e compressione

• Misure di term

ostabilità di materiali polim

erici• Set-up di patch-clam

p per misure elettrofisiologiche

• Analisi delle proprietà cellulari a livello di singola proteina

• Test di effetti biologici di farmaci, tossine, etc .

• Misure su singole cellule m

ediante Patch-C

lamp: correnti ioniche, attività

di singoli canali, segnali pre- e post-sinaptici• Studio di m

odelli di “Lab on-chip”: interfaccia neurone-FET di silicio• A

nalisi di imm

agine statica: caratterizzazione cellulare con anticorpi fluorescenti.• A

nalisi di imm

agine dinamica: uso di sonde fluorescenti per caratterizzazione

dell'evoluzione temporale di singoli param

etri biochimici e biofisici.

• Analisi chim

iche superficiali (ESCA

-XPS)

• Analisi com

posizionali e di elementi in traccia m

ediante spettroscopia gamm

a• C

aratterizzazione elettronica (IV-CV in tem

peratura, fotoconducibilità) di materiali e

dispositivi a semiconduttore

Servizi di Calcolo

• S

imulazione

dell’interazione

materiali-adsorbati

contecniche di m

olecular modelling

• Simulazione di diagram

mi di fase

• Simulazione ad elem

enti finiti di proprietà meccaniche e

termo/fluidodinam

iche.

Servizi di Docum

entazione•

Accesso

full-text ai

principali database

bibliografici in

campo scientifico.

• Scouting tecnologico e analisi della letteratura scientifica,tecnica e brevettale.• A

nalisi e valutazioni bibliometriche della produzione scien-

tifica.

INN

OVA

ZION

E NEI M

ATERIA

LI META

LLICIIl term

ine nanoscienza non si riferisce solo a materiali o strutture che sono estesi a dim

ensione0 ( dots, singole m

olecole), dimensione 1 (w

ires, filari), dimensione 2 (superfici) m

a si applicaanche a m

ateriali estesi in 3 dimensioni cioè m

ateriali massivi, com

e i metalli, al fine di sviluppare

nuovi materiali e tecnologie di produzione. Si tratta di contribuire all’innovazione di settori

industriali, quale quello metallurgico, che attualm

ente possono essere definiti “a tecnologiam

atura”, con prodotti ad elevato valore aggiunto, per renderli più competitivi.

Nell’am

bito del NIS è stato sviluppato un piano di ricerca su m

ateriali metallici m

assivinanostrutturati e sui relativi processi di produzione. Sono state m

esse a punto tecniche disolidificazione rapida per ottenere l’affinam

ento delle microstrutture fino alla form

azione di leghevetrose,

elaborate nuove

leghe e

messi

a punto

trattamenti term

ici con controllo della microstruttura

a livello

nanometrico.

Vengono prese

in esam

ediverse

tipologie di

leghe circa

le quali

sonopresentati

alcuni risultati

nelle figure

seguenti.D

ettagli possono

essere reperiti

nella bibliografia

allegata o prendendo contatto con i ricercatori del NIS.

Le proprietà di magnete dolce delle leghe ferrose possono

essere ottimizzate producendo fogli am

orfi di opportunacom

posizione ed

inducendo la

precipitazione di

nanocristalli di Fe nella matrice vetrosa. Sono orm

ai benavanzati studi sulla chim

ica delle leghe e sul controllo dellareazione di precipitazione.

Applicando questa tecnologia a leghe di Al, si possono produrre foglisottili o ricoprim

enti aventi proprietà meccaniche del tutto inusuali per

le leghe di Al: carichi di snervamento fino a 800 M

Pa nel materiale

vetroso e fino a 1500 MPa dopo parziale cristallizzazione. Le durezze

sono parimenti elevate e com

portanobuona resistenza all’usura.

Gli

articoli di

gioielleria devono

presentare una

elevata finitura

superficiale per il loro intrinseco uso evalore com

merciale e per ottem

perareai requisiti di design. E’ in corso distudio una lega di Au a 18 carati la cuicom

posizione perm

ette di

effettuareuna

trasformazione

di fase

di tipo

martensitico. La lega è classificabile

tra le leghe a mem

oria di forma. M

ediante la trasformazione si

producono sfaccettature

superficiali che

conferiscono al

materiale un effetto di luccichio non ottenibile con m

etodi difinitura superficiale tradizionali.

Lo studio

della solidificazione

delle leghe

implica

ladescrizione delle interfacce solido-liquido in funzione dellacom

posizione della

lega, delle

sue proprietà

(temperatura

e calore

di fusione)

e dei

parametri

diprocesso (velocità di raffreddam

ento, temperatura del fuso). Il

problema viene affrontato con esperim

enti su leghe modello

e con l’elaborazione di un software di sim

ulazione.

14

Distribuzione om

ogenea di nanocristalli di Fe inm

atrice vetrosa.

Sfaccettature superficiali in una lega di Audopo trasform

azione martensitica

Dendriti di C

o sviluppatesi nel corso dellasolidificazione in una lega C

o-Cu. La

morfologia è m

esse in evidenza mediante

attacco elettrochimico selettivo del C

u.

Grappoli di nanocristalli di Al

in matrice vetrosa a seguito di

nucleazione controllata dellafase cristallina

15

La Ricerca

Le sezioni seguenti propongono una panoramica ragionata della produzione scientifica del

Centro N

IS, suddivisa per aree tematiche e corredata della bibliografia prodotta fino al m

ese diM

aggio 2006.

La bibliografia è limitata alle pubblicazioni su riviste classificate ISI (cioè soggette a peer review

),che portino esplicitam

ente l'affiliazione NIS. La banca dati dei prodotti della ricerca del N

IS,costantem

ente aggiornata e contenente anche i prodotti qui omessi, è disponibile all'indirizzo:

http://ww

w.nis.unito.it/research.htm

l

Sezioni:

I prodotti della Ricerca

1.Innovazione nei M

ateriali Metallici

2. M

etodi per la modellizzazione di M

ateriali e Superfici

3.Fisica dello Stato Solido: Sem

iconduttori, Superconduttori

4.C

himica delle Superfici

5.H

2 : adsorbimento, dissociazione e stoccaggio

6.C

atalizzatori nanostrutturati

7. M

ateriali e Molecole Fotoattive

8.C

himica M

acro e Supra-molecolare

9.B

iocompatibilità e tossicità dei M

ateriali

10.Biofisica e neurochip

11.Accesso alle grandi Infrastrutture

12.N

uove linee di lavoro

13.Progetti internazionali

Il sistema regionale della R

icerca

14.Progetti R

icerca Applicata

15.P

iemonte N

anotech

16.P

iemonte Idrogeno

17.N

isLabVCO

LA RICERCA

17

22.

23.

24.

25.

26.

27.

28.

29.

30.

31.

32.

33.

34.

35.

36.

16

L. Battezzati, M

. Baricco, M

. Kusy’, M

. Palum

bo, P. Rizzi, V. R

ontò, A

morphisation and D

evitrification of Al -Transition M

etal - Rare Earth A

lloys,M

at. Res. Soc. Sym

p. Proc., 806 (2004) 21-32

L. Battezzati, M

. Kusy’, P. R

izzi, V, Ronto’,

Devitrification of A

l-Ni-R

are Earth Am

orphous Alloys,

Journal of Materials Science, 39 (2004) 3927

M. K

usy’, P. Riello, L. B

attezzati, A

comparative study of prim

ary Al precipitation in am

orphous Al87 N

i7 La5 Zr by means of W

AXS,

SAXS, TEM

and DSC techniques, A

cta Materialia, 52 (2004) 5031

P. Rizzi, L. B

attezzati, M

echanical properties of Al based am

orphous and devitrified alloys containing different rare earthelem

ents, Journal of non-Crystalline Solids, 344 (2004) 94

L.Battezzati, M

.Baricco, C

.A.G

oria, G.Serram

oglia, Selezione delle fasi e delle m

icrostrutture nella solidificazione della ghisa,La M

etallurgia Italiana, 1 (2004), 31-36 M

.Baricco, M

.Palum

bo, Therm

odynamic and K

inetic Modelling of P

rimary Crystallisation in A

morphous A

lloys, Journal of M

etastable and Nanocrystalline M

aterials 20-21 (2004) 415-424 I.B

ergenti, A

.Deriu,

E.B

osco, M

.Baricco,

E.A

ngeli, D

.Bisero,

A.D

a R

e, F.R

onconi, F.Spizzo,

P.Vavassori, Sm

all angle neutron investigation of Au-Fe alloys w

ith GM

R behaviour,

Journal of Magnetism

and Magnetic M

aterials 272-276 (2004) 1554-1556 G

.Albanese,

A.D

eriu, J.M

oya, E

.Angeli,

D.B

isero, A

.Da

Re,

F.Ronconi,

F.Spizzo, P.Vavassori,

M.B

aricco, E.Bosco, M

össbauer Investigation of A

u/Fe alloys with giant m

agnetoresistance properties, Journal of M

agnetism and M

agnetic Materials 272-276 (2004) 1545-1546

M.B

aricco, E.Bosco, E.O

livetti, M.P

alumbo, P.R

izzi, A.Stantero, L.B

attezzati, R

apid solidification of alloys, Int. J. of Materials and P

roduct Technology20 (2004) 358-376

E.Bosco, P.R

izzi, M.B

aricco, P

hase transformations in A

u-Fe melt spun alloys,M

at. Sci. Eng. A 375-377 (2004) 468-472

M.B

aricco, E.Bosco, G

.Acconciaioco, P.R

izzi, M.C

oisson, R

apid solidification of Cu-Fe-Ni alloys, M

at. Sci. Eng. A 375-377 (2004) 1019-1023

Castellero, M

. Motyka, A

. L. Greer, M

. Baricco,

Synthesis and crystallization of Fe61 Co7 Zr10 Mo5 W

2 B15

bulk metallic glasses,

Mat. Sci. Eng. A

375-377 (2004) 250-254E.O

livetti, E.Ferrara, P.Tiberto, M.B

aricco, M

agnetic and structural characterisation of partially amorphous N

d70 Fe20 Al10 ,


and Magnetic M

aterials 272-276 (2004) e1949-e1951.B

ergenti,A. D

eriu, F. Spizzo, F. Ronconi, E. B

osco, M. B

aricco, Sm

all angle scattering investigation of nanostructured binary Au–Fe alloys,

Physica B

350 (2004) E91-E94M

. Palum

bo, G. B

orzone, S. Delsante, N

. Parodi, G

. Cacciam

ani, R. Ferro, L. B

attezzati, M. B

aricco,Therm

odynamic analysis and assessm

ent of the Ce-Ni system

, Intermetallics 12 (2004) 1367-1372

Zs.Kovács, A

.Castellero, A

.L.Greer, J.Lendvai, M

.Baricco,

Thermal stability and instrum

ented indentation in a Mg60 Cu30 Y10

bulk metallic glass,

Mat. Sci. Eng. A

387-389 (2004) 1012-1017 E.M

.Brach del P

revert, L.Costa, M

.Baricco, C

.Piconi, A

.Massè,

Biom

aterials for Total Joint Replacem

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echanics and Biom

aterials on Ortopedics",

D.P

itout ed, Elsevier (2004) ISBN

1-85233-481-9 M

.Baricco, M

. Palum

bo, D.B

aldissin, E.Bosco, L.B

attezzati, M

etastable Phases and P

hase Diagram

s,La Metallurgia Italiana 11-12 (2004) 49-56

L. Battezzati, M

. Baricco, S. C

uriotto, N

on-stoichiometric cem

entite by rapid solidification of cast iron, Acta M

aterialia 53 (2005) 1849.M

. Palum

bo, M. B

aricco, M

odelling of primary bcc-Fe crystal grow

th in a Fe85 B

15am

orphous alloy, A

cta Materialia 53 (2005) 2231.

E. Olivetti, M

. Baricco, E. Ferrara, P. Tiberto, L. M

artino, Effect of annealing on the m

agnetic properties of Nd

70 Fe20 A

l10 bulk metallic glasses,


and Magnetic M

aterials 290 (2005) 1214.

1.

2.3.4.5.6.7.8.9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

I PRODOTTI DELLA RICERCA

M. P

alumbo, C

. Papandrea, L. B

attezzati, N

ucleation of crystals in deeply undercooled alloy melts, Journal of M

aterials Science 40 (2005)2431.L. B

attezzati, Is there a link betw

een melt fragility and elastic properties of m

etallic glasses?, M

aterials Transactions 46 (2005) 2915.L. B

attezzati, Thermodynam

ics of nanocrystalline materials,

Chapter 1 of "N

ovel nanocrystalline alloys and magnetic nanom

aterials", IoP Series in M

aterialsScience and Engineering, B

. Cantor ed., The Institute of P

hysics, London, 2005, pp. 3-15.L. B

attezzati, M. K

usy’, M. P

alumbo, V. R

onto’, A

l-rare earth-transition metal alloys: fragility of m

elts and resistance to crystallisation, in

"Properties

and A

pplications of

Nanocrystalline

Alloys

from

Am

orphous P

recursors", B

.Idzikow

ski, Peter Svec and M

. Miglierini Eds, K

luwer A

cademic P

ub., Dordrecht, The N

etherlands,2005, pp. 267-278.L. B

attezzati, V. Ronto’, M

. Kusy’,

On different m

echanisms of prim

ary crystallisation in Al-N

i-La-Zr amorphous alloys,

in "Properties and A

pplications of Nanocrystalline A

lloys from A

morphous P

recursors", B

. Idzikow

ski, P

eter Svec

and M

. M

iglierini E

ds, K

luwer

Academ

ic P

ub., D

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Rapid Solidification of A

u Alloys, J. M

etastable and Nanocrystalline M

aterials, 24-25 (2005) 37-42.H

.-J. Fecht, S, Schneider, R. K

. Wunderlich, L. B

attezzati, C. P

apandrea, M. P

alumbo, I. Egry,

K. M

ills, P. Quested, R

. Brooks, D

. Giuranno, R

. Novakovic, A

. Passerone, E. R

icci, S. Seetharaman,

R. A

une, KTH

, B. Vinet, J.-P. G

arandet, M

easurement of therm

ophysical properties of liquid metallic alloys in a ground- and m

icro-gravitybased research program

.The Thermolab project,La M

etallurgia Italiana, 2005, 3, 47-51.R

. Aune, L. B

attezzati, R. B

rooks, I. Egry,H.-J. Fecht, J.-P. G

arandet, K.C

. Mills, A

. Passerone, P.N

.Q

uested, E. Ricci, S. Schneider, S. Seetharam

an, R.K

. Wunderlich, B

. Vinet, M

easurement of therm

ophysical properties of liquid metallic alloys in a ground- and m

icrogravitybased research program

me

- The ThermoLab project,M

icrogravity Science and Technology 15 (1),(2005), 7R

. Aune, L. B

attezzati, R. B

rooks, I. Egry,H.-J. Fecht, J.-P. G

arandet, K.C

. Mills, A

. Passerone, P.N

.Q

uested, E. Ricci, S. Schneider, S. Seetharam

an, R.K

. Wunderlich, B

. Vinet, Surface tension and viscosity of industrial alloys from

parabolic flight experiments

Results of the Therm

oLab project,Microgravity Science and Technology/ 15 (1), (2005) 11

M. P

alumbo, D

. Baldissin, L. B

attezzati, O. Tassa, R

. Wunderlich, H

.-J. Fecht, R. B

rooks, K. M

ills.Therm

odynamic properties of CM

SX-4 Superalloy: Results from

the ThermoLab P

roject. M

ater. Sci. Forum, 508 (2006) 591-596.

M. Palum

bo, S. Curiotto, L. Battezzati. Therm

odynamic analysis of the stable and m

etastable Co–Cuand Co–Cu–Fe phase diagram

s,C

ALP

HA

D-C

omputer C

oupling of Phase D

iagrams and Therm

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M. Palum

bo, D. B

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. Tassa, R. W

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Solidification and Gravity

TRA

NS TEC

H P

UB

LICATIO

NS LTD

, Zurich-Uetikon, 2006, p. 591.

1

METODI PER LA M

ODELLIZZAZIONE

DI MATERIALI E SU

PERFICILa rapidissim

a crescita della tecnologia nel settore del computing

ha permesso uno sviluppo

enorme nel cam

po della simulazione dei sistem

i fisici a tutte le scale dimensionali: dalla

meteorologia alle nanotecnologie.

La disponibilità di supercalcolatori ha a sua volta dato un impulso allo sviluppo anche di

programm

i dedicati allo studio delle proprietà strutturali e di reattività di sistemi m

olecolarisem

pre più complessi e di solidi, sia cristallini che am

orfi.

I codici di calcolo attualmente disponibili sono m

olteplici especifici per descrivere le proprietà di solidi, superfici, m

olecole,sistem

i molto com

plessi come gli enzim

i.

La ricerca in questo settore si articola su due fronti: da una parteverso lo sviluppo della teoria, degli algoritm

i e dei programm

i,dall’altra si indirizza verso l’utilizzo di questi program

mi per

descrivere i materiali di interesse fondam

entale o tecnologico alfine

di com

prenderne o

prevederne le

proprietà. Studi

modellistici

possono avere

un ruolo

fondamentale

nellacom

prensione di una struttura cristallina e delle sueproprietà sia vibrazionali che elettroniche, aiutare

a comprendere la reattività di siti specifici nei con-

fronti di

molecole,

seguire il

profilo di

unareazione chim

ica, e molto altro ancora. La

possibilità di

eseguire un

esperimento

“virtuale” controllando in maniera precisa le

condizioni in

cui esso avviene,rappresenta

unostrum

ento sempre più potente

e diffuso per supportare lacom

prensione dei

fenomeni

naturali e tecnologici.

C. P

isani, M. B

usso, G. C

apecchi, S. Casassa, R

. Dovesi, L. M

aschio, C. Zicovich-W

ilson, M. Schutz,

Local-MP

2 electron correlation method for nonconducting crystals,

Journal of Chem

ical Physics 122 (2005) A

rt. No. 094113.

J.G. Vitillo, A

. Dam

in, A. Zecchina, G

. Ricchiardi,

Theoretical characterization of dihydrogen adducts with alkaline cations,

Journal of Chem

ical Physics 122 (2005) A

rt. No. 114311.

Rim

ola, S. Tosoni, M. Sodupe, P. U

gliengo, P

eptide bond formation activated by the interplay of Lew

is and Bronsted catalysts,

Chem

ical Physics Letters 408 (2005) 295.

S. Agnoli, M. Sam

bi, G. G

ranozzi, J. Schoiswohl, S. Surnev, F.P. N

etzer, M. Ferrero,

A.M. Ferrari, C

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Experimental and theoretical study of a surface stabilized m

onolayer phase of nickel oxide onP

d(100), Journal of P

hysical Chem

istry B 109 (2005) 17197.

F. Pascale, S. Tosoni, C

. Zicovich-Wilson, P. U

gliengo, R. O

rlando, R. D

ovesi,Vibrational spectrum

of brucite, Mg(O

H)2 : a periodic ab initio quantum

mechanical calculation

including OH

anharmonicity,

Chem


Di Valentin, G

. Pacchioni, A

. Selloni, S. Livraghi, E. Giam

ello, C

haracterization of paramagnetic species in N

-doped TiO2

powders by EP

R spectroscopy and

DFT calculations,

Journal of Physical C

hemistry B

109 (2005) 11414.X. Solans-M

onfort, M. Sodupe, V. B

ranchadell, J. Sauer, R. O

rlando, P. Ugliengo,

Adsorption of N

H3

and H2 O

in acidic Chabazite. C

omparison of O

NIO

M approach w

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1.

2.3.4.5.6.7.8.9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17

1819

Metodi Ab-Initio (approccio a

cluster o periodico), semiem

pirici

Meccanica M

olecolare

I PRODOTTI DELLA RICERCA2

21

FISICA DELLO STATO SOLIDO:SEM

ICONDU

TTORI, SUPERCON

DUTTORI

La resistenza elettrica di un materiale è una delle grandezze fisiche che può assum

ere unintervallo di valori estrem

amente am

pio, passando dagli isolanti (diamante) ai superconduttori

(YBC

CO

, BiSC

CO

). Nel m

ezzo della scala vi sono i materiali sem

iconduttori, importanti nel cam

podell’elettronica e dell’optoelettronica.

La funzionalizzazione di materiali com

e il diamante perm

ette la realizzazione di dispositivi ingrado di lavorare com

e dosimetri nel cam

po della radioprotezione e capaci di simulare m

oltobene la dose di radiazione assorbita dal corpo um

ano.

L’adsorbimento/desorbim

ento di molecole quali l’am

moniaca è in grado di m

odificare lecaratteristiche elettroniche del silicio poroso trasform

andolo reversibilmente da sem

iconduttoredrogato p

a semiconduttore drogato n.

Esperimenti di assorbim

ento, diffrazione e fluorescenza di raggi X, con risoluzione spazialedell’ordine del m

ilionesimo di m

etro, hanno permesso di m

ettere in evidenza fenomeni di

mobilità ionica nel sistem

a supercondutore BiSC

CO

, permettendo di com

prendere il fenomeno

di invecchiamento del m

ateriale.

Materiali tipo SrC

oO2.5+x

SrFeO2.5+x , in grado di m

odulare il loro contenuto di ossigeno da x=0 ax=0.5, sono im

portanti nel campo delle batterie a stato solido e com

e serbatoi di ossigeno per lecelle a com

bustibile. Esperimenti di diffrazione di neutroni e di assorbim

ento a raggi X condotti“in situ” durante la fase di caricam

ento di ossigeno del materiale (SrC

oO2.5

- SrCoO

3.0 ) hannoperm

esso di comprendere l’evoluzione del sistem

a.

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10.

11.

12.

13.

14.Evidence of Ion D

iffusion atR

oom Tem

peraturein M

icrocrystals ofthe B

i2 Sr2 CaC

u2 O

8Superconductor

15.

16.

17.


20

CHIM

ICA DELLE SUPERFICI

In molti casi, le proprietà dei pochi atom

i situati sullasuperficie dei m

ateriali sono quelle che determinano le

caratteristiche macroscopiche di un m

ateriale. È questo il cam

po dei fenomeni di adesione, corrosione,

attrito, catalisi eterogenea e molti altri ancora.

Poiché il num

ero di atomi collocati sulla superficie

rappresenta una frazione irrisoria (fra un milionesim

oed un m

iliardesimo) del num

ero totale di atomi, in

genere per il loro studio si sono sviluppate tecnichespecifiche che richiedono apparecchiature di ultra altovuoto

(un m

illesimo

di m

iliardesimo

di atm

osfera)estrem

amente sofisticate, di grandi dim

ensioni e costi.N

ell’ambito

dei gruppi

di ricerca

del N

IS si

sonoviceversa sviluppate m

etodologie di analisi in grado diessere

specificatamente

sensibili agli

atomi

disuperficie ed in grado di operare in condizioni di vuotopiù m

odesto (un milionesim

o di atmosfera) e quindi a

costi più

contenuti. È

il cam

po delle

spettroscopievibrazionali (IR

, Ram

an, UV-VIS, EP

R,...) in atm

osferacontrollata.

Un possibile approccio consiste nel ricorrere all’uso di

molecole sonda che interagiscono esclusivam

ente congli atom

i di superficie e di seguire, tramite tecniche

spettroscopiche, la loro reattività. Per questo tipo di

esperimenti risulta fondam

entale disporre di sistemi di

controllo della pressione e della temperatura.

Un’alternativa a questa strategia prevede di “drogare”

solo la

superficie con

specie che

siano le

unichem

isurabili dalla tecnica in uso. Un tipico esem

pio èrappresentato da specie param

agnetiche misurabili con

tecniche di risonanza di spin elettronico (EPR

).

Strati sottili (1-10 strati atomici) di M

gO o N

iO cresciuti

epitassialmente su A

g(100) mostrano una struttura a

bande modificata rispetto al “bulk”, trasform

ando ilm

ateriale da isolante a semiconduttore.

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04

Microcristalli di M

gO al m

icroscopio HR

TEM

Vibrazioni della molecola C

O su siti

superficiali di MgO

EXAFS da film sottili di M

gOTopografica di uno stratodi M

gO su argento su scala

nanometrica (10x10nm

)

Adesione di MgO

all’argento m

etallico

H2/∂-A

l2O3


1.

2.3.4.5.6.7.8.9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

4

H2: ADSORBIM

ENTO,

DISSOCIAZIONE E STOCCAGGIO

L’idrogeno viene spessocitato com

e il combustibile del futuro. P

uò essere prodotto dall’acqua,e in acqua si trasform

a bruciando. Quando saprem

o produrlo efficacemente da fonti rinnovabili,

sarà un vettore energetico ideale: neutro da un punto di vista ambientale. P

urtroppo però a causadella sua leggerezza e bassa reattività, l’idrogeno è assai difficile da im

magazzinare. Infatti,

volendo fare un pieno di idrogeno gassoso sufficiente a percorrere qualche centinaio dichilom

etri, saremm

o costretti a montare sulle nostre autom

obili serbatoi grandi quanto unam

ongolfiera, perché l’idrogeno è un gas assai rarefatto a temperatura am

biente. Le due strategiepiù im

mediate per aum

entarne la densità, comprim

erlo o liquefarlo, presentano o grossisvantaggi dal punto di vista della sicurezza o dal punto di vista econom

ico. Sono quindi attual-m

ente in studio vie alternative che consentano di imm

agazzinare l’idrogeno sulle macchine del

futuro sfruttandone l’assorbimento in m

ateriali in grado di legarlo in modo stabile m

a reversibile.

Lo studio dell’interazione dell’idrogeno con tali materiali è al

centro di un fervido lavoro al NIS, com

e documentato dalla

bibliografia allegata. Materiali m

icroporosi e cristallini qualizeoliti e M

OF (strutture m

etallo-organiche), materiali polim

ericie idruri m

etallici (alanati, leghe leggere a base Mg, …

) sonoattualm

ente al vaglio mediante l’utilizzo di diverse tecniche

sperimentali e teoriche. È im

portante ricordare come sia

necessaria una

comprensione

dei m

eccanismi

alla base

dell’imm

agazzinamento

non essendovi

al m

omento

unm

ateriale in grado di soddisfare tutte le richieste per un suoutilizzo pratico quale serbatoio di idrogeno

Ogni m

ateriale viene quindi sottoposto non solo a misure

volumetriche e gravim

etriche per determinarne la

capacità ma anche di tipo spettroscopico. D

i grandeaiuto sono anche le tecniche di tipo com

putazionale,non solo nella com

prensione dei risultati sperimentali

ma anche nel fornire linee guida nel design di nuovi

materiali con caratteristiche m

igliorate .

Una ulteriore linea di lavoro si rivolge alla proble-

matica

della purificazione

dell’idrogeno, aspetto

estremam

ente importante nel caso in cui l’idrogeno

sia usato nelle fuell cell per le quali anche solo traccedi

CO

devono

essere elim

inate. In

questo senso

estremam

ente attivi si stanno rivelando catalizzatori abase di nanoparticelle di oro.

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i", Proc. of "1st W

orld Congress of Young Scientists on

Hydrogen,Turin, Italy 18-20 M

ay 2005, Begell H

ouse Inc, New

York (2005)

1.

2.3.4.5.6.7.8.9.

10.

11.12.

25

Simulazione della

capacità massim

a diim

magazzinam

ento inuna zeolite FAU

Visione locale della struttura del com

plesso H2 /C

u+ nel reticolo chabazitico

capacità di stoccaggio di vari materiali,

in funzione dell’area superficiale


Imm

agini in microscopia a scansione in cui si notano le fratture provocate

dall’assorbimento e dal desorbim

ento dell’idrogeno all’interno della faseinterm

etallica CeN

i2

Imm

agine HR

TEM di

particelle d’oro supportatesu 2C

eO2 -8TiO

2

5

24

CATALIZZATORI NAN

O-STRUTTU

RATI La richiesta sem

pre crescente di nuovi prodotti e processi produttivi a più basso impatto

ambientale m

otiva il grande sforzo verso la ricerca di innovazione di tutti i passaggi produttivi, apartire dallo sviluppo di nuovi catalizzatori. I catalizzatori selettivi possono essere consideraticom

e nanomacchine disegnate per realizzare la sintesi di m

olecole, con elevata attività eselettività. Il sito attivo di un catalizzatore consiste in una m

acchina nanometrica che “m

ima” la

struttura degli enzimi, i più efficienti catalizzatori esistenti, ottim

izzati dalla natura nel corso dim

ilioni di anni.

Le proprietà a livello nanometrico dei catalizzatori, derivano da un preciso controllo, della

struttura dei siti attivi, dell’intorno tridimensionale che li circonda e della loro interazione. Solo

così è possibile guidare in modo specifico la m

aniera in cui le molecole si avvicinano,

interagiscono e si combinano per dare i prodotti desiderati.

Materiali studiati in questo am

bito sono per esempio le zeoliti (silico allum

inati cristallini porosi),ossidi; ioni di transizione graffati e/o incapsulati su ossidi ad elevato sviluppo superficiale,

metalli supportati su ossidi e carboni.

Lo sviluppo di nuovi catalizzatori di questo tipo richiede lacom

prensione di

fenomeni

che avvengono

su scala

nanometrica: l’adsorbim

ento, la rottura e la formazione di

legami. C

iò è possibile facendo ricorso ad avanzate tecnichedi

caratterizzazione (spettroscopie;

microcalorim

etria,m

isure volum

etriche) e

di sim

ulazione. N

on m

enoim

portanti sono anche le caratteristiche dei sistemi studiati

a livello

mesoscopico:

morfologia

e dim

ensione delle

particelle, distribuzione

sul supporto,

interazione con

questo. Q

uesto è

l’ambito

della preparazione

deicatalizzatori e degli studi m

eccanicistici che considerano ifenom

eni di traspor-to

e la

diffusionedelle

molecole

neipori. In questo casom

olto inform

ativesono le m

icroscopiee le m

isure di atti-vità catalitica.

27

C. P

restipino, F. Bonino, S. U

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. Prestipino, M

. Rivallan, S. B

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CM-22 zeolites upon interaction w

ith N2 O

and NO

,Journal of P

hysical Chem

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egli, C. Lam

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and CH3 O

H in the isostructural H

-SSZ-13 and H-SA

PO

-34:Form

ation of H-bonded adducts and protonated clusters,


hemistry B

109 (2005) 7724.S. B

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. Cocina, C

. Lamberti, M

. Bjorgen, K

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ssessing the acidity of high silica chabazite H-SSZ-13 by FTIR

using CO as m

olecular probe:Com

parison with H

-SAP

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hysical Chem

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E. Groppo, C

. Lamberti, S. B

ordiga, G. Spoto, A. D

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FTIR investigation of the H

2 , N2 , and C2 H

4m

olecular complexes form

ed on the Cr(II) sites in theP

hillips catalyst: A prelim

inary step in the understanding of a complex system

, Journal of P

hysical Chem

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Local structure of Cu-I(CO)2 (+) adducts hosted inside ZSM

-5 zeoliteprobed by EXA

FS, XAN

ES and IR spectroscopies,

Physical C

hemistry C

hemical P

hysics 7 (2005) 1743.

26

1.

2.3.4.5.6.7.8.9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.


Tetrametilbenzene

nella cavità di uncatalizzatore C

HA:

un intermedio

nellatrasform

azione delm

etanolo inbenzine

6

MATERIALI E M

OLECOLE FOTOATTIVEI fotocatalizzatori sono m

ateriali in grado di utilizzare l’energia della luce per condurre reazionichim

iche. Il fenomeno è com

plesso e richiede materiali e m

olecole specificamente progettate a

questo scopo.

Le applicazioni

spaziano dai

sistemi

fotocatalitici per

l’abbattimento

degliinquinanti

ai m

ateriali autopulenti,

ai m

ateriali foto

elettrocatalitici per

la reazione

didecom

posizione dell’acqua.

Per quanto concerne i materiali fotoattivi per l’abbattim

ento degli inquinanti, benché il materiale di

riferimento sia il biossido di titanio (TiO

2 ), grande potenzialità hanno assunto nuove tecnicheperparative che perm

ettono di ottenere composti ad elevata area superficiale e/o m

aterialinanostrutturati per i quali la form

a e la dimensione delle particelle può essere m

odificata a piacere.

La caratteristica intrinseca di microporosità di alcuni silico-titanati

è un ulteriore elemento che può dare origine a m

ateriali cheabbinano le proprietà fotocatalitiche di specie TiO

2 , con quelle diselettività di form

a tipiche dei materiali m

icroporosi.

UIlteriori

elementi

di innovazione

sono ottenibili

funzionalizzando questi

materiali

con specie

cheassorbano luce visibile in m

odo da rendere attivi im

ateriali non solo se stimolati da radiazione ultra-

violetta, ma anche visibile.

La luce o l’ambien-

te chimico, possono

comportare

un cam

biamento

strutturale di

specifichem

olecole che, cambiando colore, possono essere utilizzate

come sensorie/indicatori

Materiali cem

entizi contenenti piccole quantità di biossido diTitanio

altamente

disperso stanno

riscuotendo grande

interesse com

e nuovi

materiali

per l’edilizia

in quanto

manifestano significative proprietà autopulenti.

Specie molecolari a base di com

plessi di Rutenio sono alla

base di nuovi materiali che trovano applicazioni nel settore

delle celle solari “dye-sensitized” .

Una im

portante sfida tecnologica consiste nel realizzare unm

ateriale capace

di decom

porre l’acqua

in idrogeno

edossigeno. Si tratta di un argom

ento di estremo interesse che

confluisce con le attività inerenti al settore idrogeno.

2928

Zecchina, G. Spoto, S. B

ordigaP

robing the acid sites in confined spaces of microporous m

aterials by vibrational spectroscopy,P

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onino, A. Dam

in, C. Lam

berti, A. Zecchina, P.L. Solari, K.O

.K

ongshaug, S. Bordiga,

Local structure of framew

ork Cu(II) in HK

UST-1 m

etallorganic framew

ork: Spectroscopiccharacterization upon activation and interaction w

ith adsorbates, C

hemistry of M

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. Cocina, G

. Spoto, A. Zecchina, P

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is acidity of Fe-silicalite by FTIR spectroscopy of H

2adsorbed at 20 K

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and Fe2 +/H2

molecular adducts,

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. Cocina, G

. Spoto, S. Bordiga, G

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Vibrational and thermodynam

ic properties of Ar, N

2 , O2 , H

2and CO

adsorbed and condensed into(H

,Na)-Y zeolite cages as studied by variable tem

perature IR spectroscopy,

Physical C

hemistry C

hemical P

hysics 8 (2006) 1186.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

23.

24.

25.

Imm

agine STM di un film

di TiO2 nanostrutturato preparato per via sol-gel

ETS-IO: un catalizzatore con

selettività di forma


CHIM

ICA MACRO E SU

PRA-MOLECOLARE

I tensioattivi sono molecole contenenti due porzioni con natura diversa: idrofila e idrofobica. Tale

caratteristica consente loro di adattarsi ai diversi ambienti liquidi, acquoso e non acquoso,

consentendo di

rendere com

patibile, ad

esempio

l’olio con

l’acqua. La

loro capacità

diconcentrarsi alle interfacce è fonte di num

erosissime applicazioni pratiche che ci vedono

coinvolti ogni giorno, come ad esem

pio la detergenza personale, dei tessili, delle stoviglie. Altreapplicazioni coinvolgono settori più avanzati della tecnologia. I tensioattivi possono ad esem

pio:

•legarsi ai m

etalli proteggendoli dalla corrosione,

•funzionare com

e stampo m

olecolare per la formazione di strutture a base inorganica con

struttura porosa (zeoliti, ma soprattutto i m

ateriali mesoporosi)

•form

are complessi con il D

NA che possono trasportare il D

NA stesso nelle cellule per scopi

terapeutici (terapia genica con carriernon virali).

Presso il N

IS le ricerche sui tensioattivi sono prevalentemente indirizzate verso la sintesi

organica dei

tensioattivi, la

loro caratterizzazione

mediante

tecniche chim

ico-fisiche e

spettroscopiche, il loro utilizzo come stam

po molecolare per la preparazione di m

aterialim

esoporosi e come trasportatori di D

NA al nucleo cellulare.

La sintesi

organica si

articola su

due filoni

che riguardano

lapreparazione

di tensioattivi

cationici gem

ini e

di tensioattivi

glucocationici. I primi fanno parte di una classe di strutture m

oltoinnovative che sono di recente apparse nel m

ondo della ricerca ed il cuicom

portamento chim

ico e fisico è di grande interesse per lo sviluppo diapplicazioni pratiche. I secondi, concepiti soprattutto per applicazionibiom

ediche, contengono una componente di origine naturale che può

risultare importante per gli aspetti biochim

ici del trasporto di materiale

genico nelle cellule ed anche perché può consentire l’applicazione diquesti tensioattivi per condurre im

portanti reazioni organiche in faseacquosa. La presenza dello zucchero, che contiene centri chirali, può

consentire di

regolare la

stereoselettività delle

reazioni condotte

in presenza

di questi

tensioattivi.

Un ulteriore settore in espansione si rivolge alla conservazione e recupero dei beni

culturali. In questo ambito si m

enzionano gli studi rivolti alla preparazione ecaratterizzazione di nuovi m

ateriali per coating protettivi.

3130

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position of NO

into N2

and O2


hemistry B

110 (2006) 1680.

1.

2.3.4.5.6.7.8.9.

10.

11.


I tensioattivi si assemblano

spontaneamente a form

arestrutture com

plesse

8

BIOCOMPATIBILITÀ E TOSSICITÀ

DEI MATERIALI

La specificità dei materiali bioattivi è quella di essere capaci di interagire con la m

ateria viventee di trasform

arsi in modo da adattarsi a questa, eventulam

ente assumendo caratteristiche di

composizione e struttura sim

ili ai componenti naturali. Si tratta di un settore in grande crescita

che si affianca a quello dei materiali bio-com

patibili, già ampiam

ente sviluppato e strudiato nelcam

po delle protesi.

L’elemento di innovazione, che com

porta da una partegrandi aspettative m

a anche incertezze, consiste nel fattoche alcuni m

ateriali si dimostrano bio-attivi quando m

essiin

contatto con

un m

ezzo biogico.

La bioattività

rappresenta una

grande potenzialità:

in seguito

all’interazione, il materiale si trasform

a in qualche cosa dim

olto simile, al lim

ite identico, al materiale biologico. In

questo m

odo sem

brano com

portarsi alcuni

vetri che,

imm

ersi in soluzioni fisiologiche si sciolgono parzialmente

per poi ricristallizzare depositando uno strato di materiale

osseo.

Il rovescio della medaglia consiste invece in quei m

aterialiche

si dim

ostrano bio-attivi

esplicitando un’azione

aggressiva verso le cellule, diventando tossici cancerogeni.

La ricerca in questo settore è molto vivace e m

olti studi sono in attosia per quanto concerne la preparazione di nuovi m

ateriali che per laloro

caratterizzazione. Vista

la com

plessità della

tematica

lacaratterizzazione viene condotta percorrendo strategie diverse checercano di cm

binare l’uso di svariate tecniche spettroscopiche, lem

icroscopie elettroniche, misure di adsorbim

ento sia volumetrico

che micro-calorim

etrico. Nell’am

bito delle spettroscopie, particolarerilevo ha la spettroscopia R

aman capace di seguire le m

odificazionistrutturali

di biovetri

nel corso

di diversi

trattamenti,

sempre

rimanendo in contatto con soluzioni acquose e quindi in

ambienti che sim

ulano gli ambienti fisiologici.

Molto utili si stanno dim

ostrando anche I metodi di

simulazione

sia

con m

etodi ab-initiosia

conm

etodi di meccanica m

olecolare.

3332

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ents 69 (2006) 7.

1.

2.3.4.5.6.7.8.9.

10.

50000 Å


BIO

-FISICA E N

EUR

OCH

IPS

L’eccitabilità neuronale e la trasmissione sinaptica sono funzioni cellulari fondam

entali per lasopravvivenza e sono controllate da m

eccanismi m

olecolari che si generano a livello dellam

embrana plasm

atica. L’evento più importante associato allo stato di eccitabilità di un neurone è

il potenziale d’azione, indotto da una variazione del potenziale di mem

brana di circa 100 mV (del

tipo tutto-oniente) che persiste per pochi millisecondi. La registrazione

di un potenziale d’azione equivale a valutare la funzionalità di unneurone ed è tipicam

ente effettuata mediante m

icroelettrodi conduttiviche

permettono

il contatto

elettrochimico

tra neurone

estrum

entazione esterna. Registrazioni di potenziali d’azione ripetibili e

protratte nel tempo attraverso sistem

i miniaturizzati, com

e nel caso diprotesi e dispositivi a m

icroelettrodi, richiedono unacontinua ricerca di nuovi m

ateriali ad alta conduttività,stabilità e biocom

patibilità.

Al mom

ento esiste un forte interesse scientifico pernuove

tecnologie, m

ateriali e

dispositivi che

semplifichino il lavoro sperim

entale e permettano di

sviluppare m

icro e

nano-dispositivi finalizzati

allaricerca di base e allo sviluppo di biosensori per analisidi laboratorio, studi clinici e trattam

enti terapeutici.D

’altra parte, l’interfacciamento con superfici a stato

solido di neuroni (di dimensioni m

icrometriche) o di

porzioni cellulari

funzionalmente

attive, quali

lasinapsi,

i neuriti

e le

vescicole secretorie

(didim

ensioni nanometriche), ha evidenziato l’esistenza

di nuove

problematiche

scientifiche sui

tipi di

materiali

da utilizzare,

sulla loro

strutturasuperficiale, biocom

patibilità e bioreattività con la materia vivente a livello nano- e m

icrometrico.

Si tratta di un settore in larga espansione che vede la partecipazione attiva di ricercatori di variaestrazione (biologi, m

edici, farmacisti,chim

ici, fisici, ingegneri). Data la sua bio-com

patibilità,attualm

ente argomento di studio è la possibilità di utilizzare superfici di diam

ante depositato percondensazione o cristallino, rese conduttive (idrogenate) o isolanti (ossidate) in m

icro o nanoareeattraverso tecniche litografiche, com

e materiale di base per fabbricare M

EAs di forme e

dimensioni diverse, oppure sviluppare “ lab on a chip” funzionalizzati per la m

isura simultanea di

correnti ioniche, rilevazione di molecole e cam

bi di pH.

Utilizzando la tecnica della dip-pen nanolitografia, è ora possibile bio-funzionalizzare la superficie

di diamante disegnando con precisione nanom

etrica piste di biomolecole che favoriscano

l’adesione e la crescita neuronale. Sono allo studio molecole di diversa struttura e con particolari

proprietà chimico-fisiche associate a sonde fluorescenti appartenenti alla fam

iglia delle cianineche perm

ettano la visualizzazione delle piste e la possibilità di effettuare misure ottiche sulle

diverse interazioni tra substrato, biomolecole e neurone.

3534

M. C

erruti, C. M

orterra, P. Ugliengo

Surface features of P-doped silica: a com

parison between IR

spectroscopy and theoreticalm

odelling, Journal of M

aterials Chem

istry 14 (2004) 3364.F. P

ascale, P. Ugliengo, B

. Civalleri, R

. Orlando, P. D

'Arco, R

. Dovesi

The katoite hydrogarnet Si-free Ca3 Al2 (SiO

4 )2 (OH

)4 : A periodic H

artree-Fock and B3-LYP

study,Journal of C

hemical P

hysics 121 (2004) 1005.S.E. Favero-Longo, F. Turci, M

. Tomatis, D

. Castelli, P. B

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iervittori, B

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orphous material by the

chelating action of lichen metabolites,

Journal of Environmental M

onitoring 7 (2005) 764.M

. Cerruti, C

.L. Bianchi, F. B

onino, A. D

amin, A

. Perardi, C

. Morterra

Surface modifications of bioglass®

imm

ersed in TRIS-buffered solution. A

multitechnical

spectroscopic study, Journal of P

hysical Chem

istry B 109 (2005) 14496.

M. C

erruti, A. P

erardi, G. C

errato, C. M

orterraForm

ation of a nanostructured layer on bioglass particles of different sizes imm

ersed in tris-buffered solution. N

2adsorption and H

R-TEM

/EDS analysis, Langm

uir 21 (2005) 9327.P

erardi, M. C

erruti and C. M

orterraCarbonate form

ation on sol-gel bioactive glass 58S and on Bioglass (R

) 45S5, in: O

xide Based M

aterials: New

Sources, Novel P

hases, New

Applications; ELSEVIER

SCIEN

CE B

V: Am

sterdam, 2005; Vol. 155, p. 461.

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artino, I. Fenoglio, M. Tom

atis, S. Perotto, B

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aterials and living organisms:

Surface modifications and fungal responses to various asbestos form

sC

hemistry-A

European Journal 11 (2005) 5611.

1.

2.3.4.5.6.7.

Imm

agine di parte di una cellula

Neuroni di lum

aca


Prototipo di “lab-on-chip” con il quale è

possibile stimolare o registrare segnali

neuronali grazie all’alta conducibilitàdelle zone di diam

ante idrogenato (grigie)preparato secondo trattam

enti diidrogenazione classici.

3736

S. Visentin, B. R

olando, A. Di Stilo, R

. Fruttero, M. N

ovara, E. Carbone, C

. Russel,

N. Vanthuyne e A. G

ascoN

ew 1,4-dihydropirydines endow

ed with N

O donor and calcium

channel agonist propertiesJournal of M

edicinal Chem

istry 47, (2004), 2688.N

ovara M., B

aldelli P., Cavallari D

., Carabelli V., G

iancippoli A. e Carbone E

Exposure to cAM

P and b-adrenergic stim

ulation recruit CaV3 T-type channels in cultured ratchrom

affin cells through Epac cAM

P-receptor proteins

Journal of Physiology 558, (2004), 433

Carbone E., C

arabelli V., Baldelli P., N

ovara M., G

iancippoli A., Cavallari D

. e Hernández-G

uijo J.M.

cAM

P and b-adrenergic stim

ulation regulate L-type channel gating and exocytosis in rat chrom

affin cells.In: Cell B

iology of the Chrom

affin Cells.

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Novara M

., Giancippoli A., C

arabelli V., Baldelli P., C

avallari D. e C

arbone E.Exposure to cA

MP

and b-adrenergic stimulation recruit T-type channels in cultured rat chrom

affincells through an Epac-m

ediated pathway: effects on exocytosis.

Annual Press B

ook, Society for Neuroscience, 2004, P

art II: 463- 465.B

aldelli P., Hernández-G

uijo J.M., C

arabelli V. e Carbone E,

BD

NF enhances G

AB

A release probability and non-uniform

distribution of N- and P

/Q-type

channels on release sites of hippocampal inhibitory synapses

Journal of Neuroscience 25(14), (2005), 3358.

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areschi, M. N

ovara, D. R

ustichelli, D. G

uido, D. G

arbossa, M. M

ereuta, E. Carbone , E. M

adon, A.Vercelli, F. FagioliP

lasticità delle cellule staminali m

esenchimali. H

aematologica

The Hem

atology Journal, 90 (4), (2005), 11.M

ottola, S. Antoniotti, D. Lovisolo, L. M

unaronR

egulation of noncapacitative calcium entry by arachidonic acid and nitric oxide

in J. Erriquez, A. Gilardino, P. Ariano, L. M

unaron, D. Lovisolo, C

. Distasi, C

alcium signals activated

by arachidonic acid in embryonic chick ciliary ganglion neurons,

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E. Carbone,

Ion trafficking through T-type Ca2 + channels: a way to look at channel gating position

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anfredotti, M. N

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ond surfaces, D

iamond and R

elated Materials 14 (2005) 669.

Giancippoli, M

. Novara, A. de Luca, P. B

aldelli, A. Marcantoni, E. C

arbone, V. Carabelli

Low-threshold exocytosis induced by cA

MP

-recruited Ca(V)3.2 (alpha(1H)) channels in rat

chromaffin cells

Biophysical Journal 90 (2006) 1830.

1.

2.3.4.5.6.7.8.9.

10.

I granuli secretori, contenenti adrenalina (A)e noradrenalina (N

A), si fondono alla mem

-brana citoplasm

atica e rilasciano il lorocontenuto a seguito di brevi depolarizzazioniindotte dalla pipetta da patch-clam

p, cheinduce l’apertura dei canali del C

a2+ el’ingresso di C

a2+ nella cellula. La m

icrofibra di carbonio è polarizzata a+800 m

V ed è quasi in contatto con lacellula. La fibra rileva transienti di correntedi ossido-riduzione (20-500 pA) associati allem

olecole di A e NA rilasciate durante

l’esocitosi di un singolo granulo. Sulla destra è riportata un’im

magine al

microscopio dei vari elem

enti.

Imm

agini aeree di Sincrotroni europei: ESRF (G

enoble-Francia) -D

arsbury (Inghilterra)

Parti essenziali di un Sincrotrone: Linac;

Booster, l’Anello; le lenee di m

isura

Rappresentazioni in scala di celle di m

isura EXAFS per studi in situLinea di trattam

ento ed invio di gas diret-tam

ente montate in cam

era di misura

Apparto sperimentale per m

isure didiffrazione in condizioni di reazione.


ACCESSO ALLE GRANDI

INFRASTRU

TTURE

L’uso di sorgenti avanzate di raggi X (Sincrotroni: ESRF, Elettra, D

arsbury) e di neutroni (ISIS, ILL),è diventata una prerogativa irrinunciabile nella caratterizzazione di punta di m

ateriali. Tale uso èovviam

ente trasversale a tutte le tematiche discusse precedentem

ente. Conseguentem

ente,l’elenco dei lavori riportati è costituito da pubblicazioni già citate nelle sezioni tem

atiche.

Mem

bri del NIS hanno effettuato più di 20 esperim

enti presso le diverse sorgenti europee, chesono stati approvati dai corrispondenti com

itati scientifici. In questi due anni mem

bri del NIS

sono stati responsabili di un “Long Term P

roject” presso il sincrotrone di ESRF. Tre esperim

entisono stati selezionati fra gli “H

ighliths” di ESRF negli anni 2004-2005.

La mole di lavoro svolto e l’im

patto delle pubblicazioni ottenute ha permesso a due m

embri del

NIS di entrare a far parte dei com

itati che valutano i progetti ed assegnano il tempo di m

isurapresso i sincrotroni di ESR

F e di SLS.

Per poter riprodurre presso le grandi sorgenti di radiazioni, le condizioni sperim

entali dipressione e tem

peratura controllate utilizzate per gli esperimenti di laboratorio, m

embri del N

IShanno sviluppato una vasta gam

ma di strum

entazione dedicata in grado di essere trasportata-m

ontata e smontata age-

volmente ed adattabile alle

diverse linee di misura.

11

Ampi sono gli scenari di applica-

bilità ed interesse spaziando dai ri-vestim

enti, ai sensori.

Nuovi m

ateriali compositi

Materiali fibrosi a base di carbonio

ma non solo, sono stati ricoperti con

film

di natura

ossidica e/o

poli-m

erica in modo da m

odificarne

sostanzialmnete le caratteristiche, com

e nelcaso

di fibre

di quarzo

ricoperte da

filmpolim

erici. Il rivestimento di polietilene form

auna guaina om

ogenea ed il film è saldam

enteaderente alla fibra di quarzo. N

el caso lo sidesideri, è anche possibile elim

inare la fibra diquarzo ed ottenere un m

icro tubo di polietilenecom

e è mostrato in figura.

L’utillizzo di tecniche sol-gel hanno permesso

di ottenere materiali con proprietà del tutto

peculiari con ampie potenzialità di im

piego. La possibilità di partire da miscele m

olecolari diprecursori rende possible, controllando tem

pi e temperature di reazione, la preaprazione di

matrici ossidiche contenenti fasi m

icro e nanodisperse.

In fase di studio sono soprattuto materiali contenenti nanoparticelle di biossido di titanio, viste le

loro proprietà fotocatalitiche. Aree di interesse in questo caso sono i nuovi materiali per l’edilizia

ed Ii cosiddetti tessuti intelligenti o “smart textiles”.

Nanoparticelle di m

etalli preziosi (oro ed argento) altamente disperse in m

atrici ossidiche sistanno dim

ostrando interessanti non solo nel settore della catalisi ma anche com

e materiali per

lo sviluppo di dispositivi utili per la tecnica SERS (Surface enhancem

ent RAM

AN spectroscopy).

Fibre di cotone rivestite da un filmdi biossido di titanio hanno m

o-strato che, benchè le proprietàoriginarie

delle fibre

non sono

state comprom

esse, lo srato dirivestim

ento è

autopulente. Se

infatti si sottopone la fibra sporca-ta con un colorante ad un sem

pli-ce irraggiam

ento solare, la mac-

chia viene eliminata in m

anieraefficiente e rapida.

NU

OVE LINEE DI LAVORO AL N

ISA partire da consolidate conoscenze nei cam

pi della preparazione e caratterizzazione deim

ateriali nanostrutturati, nel corso di questi ultimi anni, alcune linee di lavoro si sono sviluppate

verso argomenti nuovi per i ricercatori afferenti al N

IS.

Qui di seguito sono riportati alcuni esem

pi

Materiali a base di carbonio e/o com

positi a base di carbonio.

Le fibre di carbonio, usate come tali o com

eadditivi

per m

ateriali com

positi nella

fabbricazione di stumenti che richiedono

elevate prestazioni meccaniche associate a

caratteristiche di leggerezza e facilità dilavorazione,

migliorano

di m

olto le

prestazioni se, una volte filate e tessute,costituiscono

un insiem

e com

patto e

difficilmente “sfibrabile”.

Le tecniche comunem

ente usate ricorronoall’im

pregnazione delle fibre con resine,poi sottoposte a trattam

enti termici m

oltodrastici che com

portano la carbonizzazionedella resina e la form

aione di una nuovafase carboniosa che salda le fibre.

La ricerca di nuove tecniche preparativeche richiedano trattam

enti meno costosi e assicurino una

migliore saldatura fra le fibre, è estrem

amam

ente attiva evede la concorrenza di m

olti gruppi di ricerca già consolidati.C

iononostante, grazie all’esperienza di alcuni ricercatororinel cam

po della catalisi, è stato possible raggiungere risultatisignificativi tali da perm

ettere, non solo la preparazione dipubblicazioni scientifiche, m

a anche la presentazione di unbrevetto.

Le possibili varianti preparative sono molteplici e portano di

volta in volta a prodotti chevedono l’interfaccia non solodi fasi carboniose caratteriz-zate

da nanostrutture

peculiari, ma anche m

atricia base di carbonio e sistem

iossidici

con caratteristiche

isolanti e/o semiconduttori.

In questo ambito sono stati

preparati materiali a base di

carbonio ricoperti da stratidi ossidi quali TiO

2o ZnO

.U

n esempio è illustrato in

figura, nel caso di un mate-

riale composito C

/ZnO.

3938

H2 /C

2 H4

4:1

Fe/carbon fibres catalyst T = 600°C1h

F. Cesano, S.

Bertarione, D

.Scarano, A.Zecchina,C

onnecting carbonfibers by m

eans ofcatalytically grow

nnanofilam

ents:Form

ation of carbon-carboncom

posites,C

hemistry of

Materials 17 (2005)

5119

Diam

ante nanocristallino cresciutosu silcio

Strato di apatite cresciuto su una protesi di titanio

Nanotubi di ZnO

European patent No05425714.2.

Applicant/P

roprietorStabilim

enti Ozella S.p.A.

Date of Filing

11.10.05TitleSynthesis of C

arbon Nanotubes

and/or nanofibres on a polymer

substrateInventors

L. Mezzo, A. G

aio, F. C

esano, D. Scarano and

A. Zecchina


PROGETTI INTERN

AZIONALI

IDECAT: a consortium

dedicated to catalysis science to promote

sustainabilityID

ECAT

gathers the

main

European research

Institutions (37

laboratories from

17

Institutions) in

the broad

field of

catalysis (from

hom

ogeneous to

heterogeneous and

bio-catalysis) to

create the

critical m

ass and

the m

ulti-disciplinarycom

petences necessary

to design

the next-generation

catalysts and

catalyticprocesses/technologies to prom

ote sustainability. The broad range of expertise ranges from the

synthesis and mastering of nano-objects, the bridging betw

een homo– hetero– and bio-catalysis

and theory and modelling, surface science, and kinetic/ applied catalysis as w

ell, to theIntegrated design of catalytic nanom

aterials. Final objective of IDEC

AT is the creation of anEuropean R

esearch Institute of Catalysis to be the reference Institute for frontier research in

catalysis in Europe.

NEW

MO

FS New

Metal O

rganic Framew

orks for Industrial Applications

SPECIFIC TA

RG

ETED R

ESEAR

CH O

R IN

NO

VATION

PR

OJECTM

etal O

rganic Fram

eworks

(MO

Fs) are

novel organic-inorganic

crystalline materials, w

ith promise to becom

e a powerful and flexible

family for different industrial uses w

ithin catalysis, adsorption andsensor technology, overcom

ing many of the lim

itations of Zeolites.M

OFs m

ay display extreme porosity, and their functionalities can be

tailored by using functional precursors in their preparation or by post-functionalization

using standard

techniques of

organic- and

organometallic chem

istry. These features will be studied in the present

project for the development of new

heterogeneous catalysts and gasadsorbents.

PH

OTOCATA

LYTIC DECO

NTA

MIN

ATION

OF N

EUR

OTOXIC

AN

D VESICA

NT CO

MP

OU

ND

SN

ato programm

e for security through science.

L-type Ca2+ channels in health and disease (C

avNET)

Hum

an resources and mobility (H

RM

) activityM

arie Curie R

esearch Training Netw

orks (RTN

)C

all: FP6-2005-M

obility-1

Organic Syntheses w

ith Zeolites: Activation of CO

2

and of Organic Carbonates for Fine Chem

icals

4140

European Com

mission C

OST Action N

o.:D29

Sustainable/green Chem

istry and C

hemical Technology


CMA

: COM

PLEX M

ETALLIC A

LLOYS

European Netw

ork of ExcellenceD

ue to the unparalleled diversity of metallic m

aterials, metal-based industries w

ill remain of

outstanding importance for the com

petitiveness of Europe's economy in the 21st century.

How

ever, in order to remain successful, m

etals have to stand up against their competitors,

like polymers and ceram

ics, and they must fulfil the conditions of sustainable developm

ent.O

f the two possible strategies to respond to these challenges, i.e. im

provement of know

nm

aterials or tapping entirely new system

s, the applying institutions suggest the second one.A

t a time w

here the great majority of possible m

etallic systems have not even been looked

at, hopes are justified to find among these system

s new alloys w

ith properties offeringsuperior solutions w

ith respect to the market dem

and for outstanding properties atcom

petitive cost combined w

ith environmental harm

lessness and low energy consum

ptionduring production, service and recycling.

http://ww

w.cm

a-ecnoe.org/

DU

CTILISATION

OF B

ULK

META

LLIC G

LASSES (B

MG

S) BY

LENG

TH-SCA

LE CO

NTR

OL IN

BM

G C

OM

PO

SITES AN

D A

PP

LICATION

S

European Research and Training N

etwork (2004-2008):

Recent breakthroughs in M

aterials Engineering have generated complex Zr, Ti, C

u, Fe, Ni, La, P

dand M

g-based alloys that retain a glassy state in bulk form (B

ulk Metallic G

lasses or BM

Gs) via

conventional ingot casting.

Due to their 2%

elastic strain range (as compared to 0.2%

for crystalline materials) B

MG

scurrently have the best know

n values for the performance index and good values of the yield

strength, mass density and Young’s m

odulus.

While they exhibit a very high elastic lim

it of 2% strain w

hich is of major interest for m

anystructural applications, they show

insignificant macroscopic room

-temperature plasticity and fail

by fracture when solicited beyond their elastic lim

it.

The major objective of the proposed research program

me is to develop ductile high-strength

bulk metallic glass (B

MG

) based composites show

ing of the order of 10% plastic deform

ation atroom

temperatures. This w

ill be achieved by the introduction of selected dispersions of a secondphase of crystalline particles in the B

MG

matrix.

http://bmg-rtn.inpg.fr/D

BM

G-P

rogramm

e.htm

CO

MP

LEX SOLID

STATE REA

CTION

S FOR

ENER

GY EFFIC

IENT H

YDR

OG

EN STO

RA

GE

MA

RIE C

UR

IE Research Training N

etworks (R

TN)

Call: FP

6-2005-Mobility-1

Altri progetti che vedono come proponente o com

e co-proponente un mem

bro del NIS e che sono

stati presetati in altri ambiti disciplinari:

Nel settore Sviluppo sostenibile

sono stati presentati 132 progetti di cui 44 sono stati selezionatie finanziati secondo la seguente graduatoria (prim

i 10). Tra I primi 10 progetti finanziati, 2 vedono

come co-proponente e com

e proponente un mem

bro del NIS.

Nel settore Scienza della Vita

sono stati presentati 346 progetti di cui 178 sono stati selezionatie finanziati.

Al 49 posto si è classificato il progetto Federico BU

SSOLIN

Osu “M

odellizzazione in silico dicircuiti di segnale intracellulari che regolano la form

azione del sistema vascolare”.

PR

OP

ON

ENTE

TITOLO

DEL P

RO

GETTO

Adriano ZEC

CH

INA

Sistemia base di Carbonio nanostrutturato per applicazioni

industriali Em

ilio CA

RB

ON

E B

iosensori e interazioni neuroni-superfici nanostrutturate A

ldo PR

IOLA

Fabrizio GIO

RG

ISSilvio A

IME

Giovanni M

AN

AEm

ma A

NG

ELINI

Oscar C

HIA

NTO

RE

Materiali polim

erici nanostrutturati per la fabbricazione di m

embrane e coatings funzionali

Giovanni G

HIO

NE

Paolo VO

LPE

Studio per la realizzazione di un dispositivo SQuID

basato su nanogiunzioni Josephson intrinseche in m

ateriali superconduttori ad alta Tc

Livio BATTEZZATI

Processi di sintesi, proprietà m

eccaniche, applicazioni di leghe am

orfe e nanostruturate C

laudio MO

RTER

RA

M

ateriali nanostrutturati biocompatibili per applicazioni

biomediche Si

Candido P

IRR

IM

auro ZUC

CA

Salvatore CO

LUC

CIA

A

rrays cellulari e molecolari basati su m

ateriali nanostrutturati fotoattivi

Paolo A

LLIAM

onica FERR

AR

ISEdoardo G

AR

RO

NE

Sintesi e caratterizzazione di materiali ossidici nanostrutturati

Giam

piero AM

ATOEnrico B

OC

CA

LERI

Giuseppe D

ELLA GATTA

Studio chimico-fisico e strutturale dei processi nanoscopici e

mesoscopici nel deterioram

ento ambientale di pergam

ene storiche

43

1.

2.3.4.5.6.7.8.9.10.

11.

12.

13.14.15.

16.17.18.19.20.21.

Paolo SP

INELLI

Studio per il miglioram

ento di sistemi elettrodici (M

EA) per cell a

bassa temperatura

Mauro C

AU

SÀ

Modellizzazione su scala regionale della dinam

ica e della chimica del

particolato atmosferico

Elisabetta BA

RB

ERIS

Prevenzione dell'inquinam

ento da fosforo di fonte agricola acque superficiali per l'applicazione del P

iano di Tutela delle Acque.

Aurelio FAC

CH

INELLI

Contributi al problema dell'eutrofizzazione: Il caso del Lago (TO

).Aldo VIAR

ENG

O

Valutazione del rischio ecologico in suoli inquinati da diossineP

aola BEN

ZI Carburi e nitruri di germ

anio per applicazioni fotovoltaicheM

arcello BAR

ICC

O

Materiali innovativi per l'im

magazzinam

ento idrogenoM

arco BAG

LIANI

Sostenibilità del sistema socio-econom

ico piemontese:

flussi materia-energia

Enrico FERR

ERO

Studio m

odellistico e sperimentale della turbolenza atm

osferica e della dispersione inquinanti in am

biente urbano

1.

2.3.4.5.6.7.8.9.

PROGETTI DI RICERCA APPLICATAIl B

ando regionale sulla Ricerca scientifica applicata 2004

La Regione P

iemonte ha avviato con il bando “R

icerca Scientifica Applicata” del 2004 unsignificativo sforzo di supporto del sistem

a piemontese della ricerca.

I progetti di ricerca presentati sono stati 684, di cui l'80% da parte degli Atenei piem

ontesi.

La valutazione dei progetti e' stata affidata ad una Com

missione (N

ucleo tecnico scientifico diValutazione) , istituita con D

R n. 19 del 17/05/2005 e form

ata da 4 esperti indicati dal M.I.U

.R, da

5 esperti particolarmente accreditati, uno per ciascuno dei cinque settori d'intervento, e dai

responsabili delle Direzioni R

egionali coinvolte dal Bando.

Ai fini della selezione, il Nucleo di Valutazione si e' avvalso - per ogni singolo progetto - del

giudizio espresso da almeno un R

eferee esterno all'Ente di appartenenza del proponente ilprogetto. In totale i referee coinvolti sono stati 246.

Il Nucleo di valutazione ha operato a com

posizione variabile e le singole sottocomm

issioni,com

petenti per ciascun settore di ricerca, hanno proceduto alla stesura delle rispettivegraduatorie, successivam

ente approvate dalla Regione.

Il Centro N

IS ha partecipato al bando investendo sul coordinamento delle proposte progettuali e

dotandosi di un codice di autoregolamentazione basato sui seguenti principi:

• PR

E-SELEZION

Edelle proposte progettuali, al fine di far convergere i propri ricercatori su un

numero lim

itato di progetti ad alto impatto scientifico e tecnologico.

• PAR

TENA

RIATO

con gli altri centri di ricerca del territorio, in particolare con il Politecnico di

Torino, al fine di sfruttare al meglio le com

petenze disponibili.

Com

plessivamente sono stati finanziati 312 progetti di cui 146 con fondi da delibera C

IPE n.17/03

e 166 con risorse aggiuntive da delibera CIP

E n.20/04, con cofinanziamento regionale, per un

impegno finanziario com

plessivo di oltre 31 milioni di Euro.

Nel settore N

anotecnologiesono stati presentati 65 progetti di cui 21 sono stati selezionati e

finanziati secondo la seguente graduatoria.

Dei 21 progetti finanziati, 9 vedono o com

e proponente o come co-proponente un

ricercatore afferente al Centro N

IS. (Evidenziati in azzurro)

14

42

IL SISTEMA REGIONALE DELLA RICERCA

45 IL SISTEMA REGIONALE DELLA RICERCA

PIEMON

TE MICRO E N

ANOTECH

Sul territorio piemontese sono attive una m

olteplicità di iniziative di ricerca, innovazione eproduzione industriale, che pur procedendo con approcci differenti ed in settori apparentem

entenon contigui, si confrontano quotidianam

ente con le nanotecnologie. Si tratta per esempio delle

grandi e piccole realtà manifatturiere, alle prese con l’innovazione nel cam

po dei materiali, m

aanche di alcune nuove piccole im

prese nel campo delle biotecnologie, o dei settori tradizionali

del tessile e dei casalinghi sottoposti alle sfide dell’innovazione tecnologica.

La rete

dei laboratori

di ricerca

coinvolti nelle

nanotecnologie include

molti

laboratoriuniversitari, centri di ricerca industriali quali il C

entro Ricerche Fiat o l’Istituto D

onegani diN

ovara, istituzioni nazionali quali “L’Istituto Elettrotecnico Nazionale G

alileo Ferraris”, Centri del

CN

R, e m

olti altri. A questi attori, si aggiungono i laboratori di ricerca industriale nati dagli ateneiper servire le esigenze del territorio, quali ad esem

pio Tecnogranda (Politecnico di Torino per la

provincia di CN

) o NISLabVC

O (U

niversità di Torino per la provincia del VCO

), ed i Centri di

Eccellenza.

Da alcuni m

esi, molti degli attori di questo ricco scenario, hanno intrapreso un’iniziativa di

coordinamento m

irata alla costituzione di un vero e proprio Netw

ork Piem

ontese delle Micro e

Nanotecnologie, con la funzione di catalizzare e rafforzare le iniziative dei singoli attori, e di

accelerare la comunicazione scientifica ed il trasferim

ento tecnologico. Questo coordinam

entotrova l’appoggio degli enti pubblici territoriali e vede un’attenzione particolare delle C

amere di

Com

mercio e delle organizzazioni dell’industria e dell’artigianato, im

pegnate sul fronte dellacom

petitività delle aziende.

I laboratori pubblici coninvolti nell’iniziativa sono:

•U

niversità di Torino: vari Dipartim

enti, Centro di Eccellenza N

IS, C

entro di Eccellenza CEB

IOVEM

,

•P

olitecnico di Torino: vari Dipartim

enti, CH

ILab – Latemar,

Centro di C

ultura Materie P

lastiche, LAQ IN

TESE, LAQ IB

IS)

•U

niversità del Piem

onte Orientale: vari D

ipartimenti

•Istituto Elettrotecnico N

azionale Galileo Ferraris

–INR

iM, Laboratorio di

Nanotechnologie, M

ateriali Magnetici e Q

uantum com

putation

•C

NR

: Istituto di Metrologia G

. Colonnetti – IN

RiM

, Dip. N

anometrology

•C

NR

: Istituto di Scienza e Tecnologia dei Materiali C

eramici (ISTEC

)

•P

archi Tecnologici: BioIndustry P

ark Ivrea, Environment P

ark Torino, Tecnoparco del Lago M

aggiore, Tecnogranda

44

15

A questi si aggiungono numerosi laboratori e stabilim

enti industriali,attivi nei seguenti settori:

Autom

otive,

Information technologies,

Chim

ica

Dom

otica

Tessile

Agroalim

entare

Protezione A

mbientale

Sensori e misure

Diagnostica m

edica

Il Centro N

IS supporta il Netw

ork Piem

ontese Micro e N

anotecnologienella sua fase di definizione e costituzione form

ale. Maggiori inform

azionisaranno disponibili nei prossim

i mesi agli indirizzi:

ww

w.nis.unito.it

ww

w.polito.it

ww

w.ien.it

47

IL LABORATORIO NISLabVCO

Il Centro N

IS è impegnato da tem

po in attività di formazione e di collaborazione scientifica con

aziende ed

istituzioni dell’area

del Verbano-C

usio-Ossola.

Quest’area

vanta una

radicatatradizione industriale nei settori della chim

ica e del manifatturiero, ed ospita uno dei P

archiTecnologici del sistem

a piemontese. Su questi presupposti, il N

IS ha avviato la costituzione di unlaboratorio distaccato a Verbania, presso il Tecnoparco del Lago M

aggiore (NISLabVC

O).

Il laboratorio NISLabVC

O nasce dalla collaborazione tra il C

entro NIS dell’U

niversità di Torino el’Associazione per lo Sviluppo della C

ultura, della Ricerca e degli Studi U

niversitari nel VCO

(ARSU

niVCO

), e vede inoltre la partecipazione di:•

Società Aree Industriali e A

rtigianali S.p.a•

Tecnoparco del Lago Maggiore S.p.a.

•U

nione Industriale del VCO

•C

amera di C

omm

ercio Industria, Agricoltura e A

rtigianato del VCO

•B

anca Popolare di Intra S.c.a.r.l,

•C

entro Servizi Lapideo del VCO

, SCpA

Il laboratorio ha lo scopo di increm

entare le collaborazioni di ricerca tra Università ed Industria, di

condurre ricerca applicata nei campi delle nanotecnologie.

Il NISLabVC

O sarà in grado di intervenire in risposta a bisogni tecnologici delle aziende, utilizzando

risorse tecnologiche accademiche esistenti e personale ad hoc. D

a una estesa indagine condottanella fase prelim

inare del progetto, è emersa la necessità di un’offerta tecnico-scientifica

differenziata. NISLabVC

O m

etterà a disposizione le seguenti tipologie di servizi:

Int erviste / attivazione di contatti. Il partner accademico agirà com

e broker scientifico-tecno-logico, individuando le com

petenze necessarie all’avvio di un progetto o alla soluzione di unproblem

a, ricercandole sia al proprio interno che all’esterno.

Analisi bibliogr afica e brevettale.

I centri

di ricerca

accademici

godono di

un enorm

epatrim

onio documentale e dell’accesso alle principali banche dati internazionali di pubblicazioni

tecnico scientifiche, la cui consultazione efficace richiede competenze specifiche, ed è perciò

spesso preclusa ai ricercatori industriali, soprattutto nelle PM

I. Questa situazione produce un

sotto-utilizzo del patrimonio docum

entale, che può essere superato attraverso collaborazioni tral’accadem

ia ed i privati.

Analisi chim

ic o-fisiche.Talune problem

atiche industriali richiedono l’effettuazione di misure

chimico-fisiche secondo norm

e o procedure non standard. I laboratori di ricerca accademici

possono svolgere efficacemente ed a costi contenuti m

isure per conto terzi, soprattutto quandosi tratti di analisi non di routine o che richiedano strum

entazioni complesse. Tipiche attività di

questo tipo sono le campagne di prove su m

ateriali o processi, i piccoli impianti pilota, la

preparazione e l’analisi sistematica di lotti di sostanze e m

ateriali.

Pr ogetti di ricerca. La tipologia di collaborazione di più am

pio respiro è costituita da un vero eproprio progetto di ricerca, che vede la partecipazione congiunta dei tecnici dell’industria e deiricercatori ad un progetto innovativo. La ricerca opera su tecnologie non ancora m

ature per ilm

ercato, ma che potrebbero diventarlo a fronte di significativi m

iglioramenti tecnici o econom

ici.I progetti di ricerca più am

biziosi e dal ritorno comm

erciale più incerto richiedono investimenti

ingenti, ma possono spesso godere di finanziam

enti pubblici. In questo caso, il ruolo del NISLab-

VCO

sarà quello di coordinare l’accesso di un gruppo di ricerca misto industriale ed accadem

icoalle risorse m

esse a disposizione da bandi di finanziamento pubblici.

46

PIEMON

TE IDROGENO

La sfida dell' uso dell' idrogeno come vettore energetico del futuro si gioca

nel campo dei m

ateriali. Il Centro di Eccellenza N

IS è impegnato in num

erosiprogetti di ricerca in questo settore, riguardanti:

•m

ateriali per l'imm

agazzinamento dell'idrogeno

•catalizzatori e fotocatalizzatori per la produzione di idrogeno

•catalizzatori ed adsorbenti per la purificazione dell'idrogeno

•m

ateriali per celle a combustibile (elettrodi, catalizzatori, m

embrane)

•studi fondam

entali sulla comprensione dell'interazione dell'idrogeno

con i materiali

Queste ricerche vengono svolte attraverso progetti con partner pubblici e

privati, e trovano stimolo e coordinam

ento negli sforzi compiuti dalla R

egioneP

iemonte per creare un vero e proprio Sistem

a Idrogeno in Piem

onte.

La collaborazione con la Regione P

iemonte è resa possibile dalle B

orse diD

ottorato di Ricerca finanziate dalla R

egione Piem

onte nel quadro del Bando

Regionale R

icerca Applicata 2004 per ricerche sull'Idrogeno negli ateneipiem

ontesi per il triennio 2004-2006. Presso il centro N

IS sono attivi cinqueprogetti di questo tipo, strettam

ente coordinati a quelli analoghi condottipresso

il P

olitecnico di

Torino, l'U

niversità del

Piem

onte O

rientale e

l'HYSYLab:

Microporous m

aterials for Hydrogen Storage (Laura R

egli)

Quantum

mechanical studies of m

aterials for hydrogen storage (Javier Torres)

Alloys and intermetallic com

pounds for Hydrogen Storage (Jacopo U

rgnani)

Interaction of hydrogen with oxides in hydrogen storage m

aterials (Francesco Dolci)

Gold C

atalysts for hydrogen production and purification (Floriana Vindigni)

Per valorizzare questo portafoglio di progetti e

competenze, il N

IS ha scelto, in risposta al Bando

Regionale

Ricerca

Applicata

del 2005,

dipresentare un com

plesso progetto sull'idrogenoin collaborazione col P

olitecnico di Torino edH

YSYLab, mirato a supportare lo sviluppo di

nuovi materiali ed i progetti di dottorato già avviati. Il progetto:

“Materiali Innovativi per l'im

magazzinam

ento di Idrogeno”,coordinato dai P

rof. Marcello B

aricco e Giuseppe Spoto ha ottenuto

un finanziamento di 240.00 (vedi sezione B

ilancio), che consentesignifictaive acquisizioni di nuova strum

entazione ed un efficacecoordinam

ento con

gli altri

attori piem

ontesi nel

campo

dell'idrogeno.

Il NIS, in qualità di principale centro dell'U

niversità di Torino nelcam

po dell'Idrogeno, partecipa alle attività del Sistema P

iemonte

Idrogeno (SPH

2 ) w

ww

.hy-park.org

IL SISTEMA REGIONALE DELLA RICERCA1617

IL CONTRIBUTO DEL NISSCUOLE, CONFERENZE E SEMINARI49

48

SCU

OLE E C

ON

FEREN

ZE OR

GA

NIZZATE D

AL N

IS

• “Scienza dei Materiali: la frontiera dello sviluppo”. Il C

entro si è fatto carico del-l'organizzazione dell'edizione 2004 di questa fortunata serie di confernze, m

irate alladivulgazione dell'interesse per la scienza presso i giovani. G

li oratori di quest'annosono stati il P

remio N

obel per la Chim

ica Sir Harold K

roto (scopritore dei fullereni), edil D

irettore del Consorzio Interuniversitario N

azionale per la Scienza e Tecnologia deiM

ateriali, Prof. D

ante Gatteschi.

• Il giorno 20 Aprile 2004 è stato organizzato un incontro di presentazione dei laboratoridel

Centro

alle aziende

piemontesi,

organizzato in

collaborazione con

l'Unione

Industriale di Torino.

• Organizzazione del ciclo di C

onferenze “La Scienza e le scomm

esse del futuro”. IlC

entro è stato coorganizzatore – assieme all’U

nione industriale, all’Università di Torino

e alla Facoltà di Scienze M.F.N

. dello stesso Ateneo – di questo ciclo di otto incontri,svoltisi in parte nell’autunno 2005 ed in parte previsti per la prim

avera 2006, pensatoper avvicinare i giovani alla scienza, alle sue nuove scoperte ed applicazioni.

• Il centro, ancora prima della costituzione, aveva presentato il progetto della Scuola

Internazionale di Dottorato: “N

AN

OCAT 2003, H

ighlights in nanoscale catalystsdesign and engineering”, organizzata in collaborazione con l'U

niversità di Lione nelsettem

bre 2003 (http://ww

w.cpe.fr/nanocat-school2003/).

• Alcuni mem

bri del Consiglio Scientifico figurano anche tra gli organizzatori della

scuola NA

NO

CAT 2005(http://w

ww

.cpe.fr/nanocat2005/), tenutasi a Lione nel luglio2005.

• Anche “The Fourth International Workshop on O

xide Surfaces (IWO

X-4)”svoltosi aTorino ed Aussois nel gennaio 2005 ha avuto m

embri del C

onsiglio Scientifico delC

entro tra gli organizzatori.

• Il

convegno: “U

HM

WP

E

for arthroplasty:

degradation, stabilisation

andcrosslinking” si è tenuto a Torino il 18 m

arzo 2005 presso il Museo dell’Autom

obile conil patrocinio del N

IS

• La scuola “MSSC

2006 - Ab initio M

odeling in Solid State Chem

istry” è in corso diorganizzazione da parte di afferenti N

IS con il contributo del Centro.

• La scuola “Bulk M

etallic Glasses”, svolta nell'am

bito del MC

-RTN

“Ductilisation of

Bulk M

etallic Glasses (B

MG

s) by Length-scale Control in B

MG

Com

posites andApplications” è in corso di organizzazione da parte di afferenti N

IS con il contributo delC

entro.

IL CO

NTR

IBU

TO D

EL NIS A

LLA VA

LUTA

ZION

E NA

ZION

ALE D

ELLA R

ICER

CA

EFFETTUATA

DA

L CIVR

di Ugo Finardi

Il Com

itato di Indirizzo per la Valutazione della Ricerca (C

IVR) è un organism

o ministeriale

fondato nel 1998 a cui è affidato il compito fondam

entale di promuovere l’attività di valutazione

della ricerca attraverso il sostegno alla qualità ed alla migliore utilizzazione scientifica della

ricerca nazionale. La prima cam

pagna nazionale di valutazione dei prodotti della ricerca italianaha riguardato il biennio 2001-2003. P

ertanto il Centro di Eccellenza N

IS non rientra tra leistituzioni esam

inate. Tuttavia, i contributi inviati alla valutazione CIVR

dagli attuali afferenti NIS

negli anni 2001 -2003 possono fornire una misura della qualità della ricerca prodotta dai nostri

laboratori in quel lasso di tempo. Il m

etodo di valutazione, prevede che ciascun Ateneo selezionied invii per la valutazione un num

ero di prodotti eccellenti, proporzionale alla consistenzanum

erica del corpo dei ricercatori. Per quanto riguarda l’U

niversità di Torino due quinti dei lavoripresentati nel cam

po delle Scienze Chim

iche ed addirittura i tre quarti di quelli nell’Area SpecialeN

anoscienze e Nanom

ateriali hanno visto afferenti al Centro di Eccellenza tra i loro autori. Anche

i biologi afferenti al centro, che peraltro fanno parte di un’area (Area5) molto am

pia, in cui siritrovano non solo biologi m

a anche medici, hanno visto un loro lavoro inserito tra quelli

presentati al CIVR

. Anche gli afferenti in forza all’Università del P

iemonte O

rientale hanno dato– nonostante il loro num

ero esiguo – un contributo significativo alla valutazione di Ateneo, con unquarto dei prodotti presentati nell’Area 3.

Un altro dato im

portante da portare a testimone del buon livello della ricerca all’interno del N

ISè anche quello relativo ai lavori presentati dai C

onsorzi Nazionali di cui fanno parte afferenti al

Centro di Eccellenza. Infatti un certo num

ero di prodotti ha trovato posto nella valutazione diIN

CA (Istituto N

azionale per la Chim

ica dell’Ambiente) e IN

STM (Istituto N

azionale per la Scienzae la Tecnologia dei M

ateriali). Una piccola presenza di lavori si è anche verificata nella

valutazione di INFM

(Istituto Nazionale per la Fisica dei M

ateriali).

Particolarm

ente significativo è stato il risultato riportato dagli afferenti al NIS nella valutazione

della produzione scientifica di INSTM

nell’area delle Scienze Chim

iche (costituito da 44 “unità diricerca” facenti capo ad altrettanti atenei diffusi sul territorio nazionale). Infatti il N

IS ha vistonella valutazione dell’Istituto la presenza di 13 lavori su 88 presentati, ovvero il 15 per cento,nonostante i suoi afferenti facciano parte di una sola delle 44 unità (2.3%

).

Nei lavori inviati al C

IVR per la valutazione di IN

CA (80 unità di ricerca) erano inseriti 2 lavori N

ISsu 51 considerati per le Scienze C

himiche ed addirittura 2 su 4 per l’area speciale relativa ai

nanomateriali.

Innovative materials for hydrogen storage and generation

Cr sites grafted on am

orphous silica: experimental and

theoretical efforts joint to solve the mistery of the

Phillips catalyst

Am

orphous and Nanocrystalline A

lloys: State of the A

rt and Perspectives

Scanning Probe M

icroscopy and Nanotechnology

Nanostructured polym

eric systems

Nanostructured O

xide SurfacesN

ucleation: an interfacial phenomenon

Chem

istry and Spectroscopy of Carbon

and Carbon Surfaces

Ab Initio Sim

ulation of the Properties of

CrystallineSurfaces and Interfaces:

Progress and P

rospectR

ole of surfaces and interphases in photocatalysis: a m

ultidisciplinary approachC

ells and biomolecules on nanostructured surfaces

State of the art in zeolite catalysisN

anostructured materials for hydrogen storage: role of

surfaces and interfaces

5 luglio 200422-23 ottobre 2004

1 dicembre 2004

13-14 dicembre 2004

3 febbraio 200517-18 febbraio 200528 febbraio 200516 m

arzo 2005

19 maggio 2005

30-31 maggio 2005

29 giugno 200528-29 ottobre 200517 novem

bre 2005

NIS C

OLLO

QU

IA 2006/2007

IL PR

OG

RA

MM

A A

GG

IOR

NATO

È DISP

ON

IBILE A

LL'IND

IRIZZO

ww

w.nis.unito.it/colloquia.htm

l

Nanostructured O

xide SurfacesN

on stoichiometric oxides:

growth, properties and applications

Ram

an spectroscopy: a powerful technique

to characterize nano-materials

Olefin polym

erization heterogeneous andhom

ogeneous catalysts: structure-activity-selectivity relationship

Nanotechnologies and biophotonics:

new opportunities for cellular

and molecular im

aging.C

arbon based nanocomposites m

aterials

Solid/living-matter interaction at

the nano-level: nano-particles toxicity, biocom

patibility, bioactivityM

etallorganic framew

orks as new m

aterials for adsorption and catalysis

DATA

IND

ICATIVA

23-24 Marzo 2006

12 Maggio 2006

9 Giugno 2006

5-6 Ottobre 2006

Novem

bre 2006

Dicem

bre 2006

Gennaio 2007

Febbraio 2007

OR

GA

NIZZA

ZION

E

Elio Giam

elloAngelo Agostino, C

arlo Lamberti,

Marco Truccato

Adriano Zecchina,Alessandro D

amin

Adriano Zecchina, Elena G

roppo

Guido Viscardi,

Giuseppe C

aputo

Adriano Zecchina,D

omenica Scarano

Bice Fubini,

Gianm

ario Martra,

Claudio M

orterraSilvia B

ordiga, G

abriele Ricchiardi

NIS C

OLLO

QU

IA 2004 – 2005

UN ANNO DI NIS COLLOQUIA5150

UN

ANN

O DI NIS COLLOQU

IAC

on il secondo anno di attività del Centro di Eccellenza N

IS è terminata anche la prim

a serie dei“N

IS Colloquia”, una serie di tredici incontri, ciascuno dedicato ad una tem

atica scientificadirettam

ente connessa ad una o più attività del centro.

I Colloquia sono nati con l’intento di:

• divulgare il patrimonio di conoscenze scientifiche sviluppate all’interno del N

IS• offrire un servizio di form

azione multidisciplinare a livello internazionale

• stimolare la reciproca condivisione di risultati e prospettive fra i gruppi di ricerca

afferenti alle due Università P

iemontesi ed al P

olitecnico di Torino• perm

ettere a giovani ricercatori di presentare in maniera inform

ale i loro risultati ad unauditorio nazionale ed internazionale (educazione alla com

unicazione pubblica)• avvicinare rappresentati dei settori produttivi locali, con l’intento di avviare collaborazionisu specifiche tem

atiche con evidenti sbocchi applicativi e tecnologici• offrire un’occasione d’incontro capace di stim

olare la proposizione di progetti di ricercacom

uni finanziabili da enti esterni.

La segnalazione degli eventi è stata effettuata in maniera capillare usufruendo degli indirizzari

di posta elettronica degli afferenti il centro, dei rispettivi dipartimenti, consorzi associazioni varie

e gruppi di lavoro relative alle diverse discipline coinvolte.

È importante notare quale sia stata la com

posizione della platea che ha partecipato ai tredicieventi. Infatti, oltre ad un nutrito gruppo di affiliati N

IS (in particolare giovani ricercatori, studentidi dottorato e post dottorato) sono stati spesso presenti colleghi provenienti da altri ateneiitaliani e stranieri e esponenti dell’industria. Ai diversi colloqui infatti hanno partecipatorappresentati tanto di piccole e m

edie imprese del P

iemonte quanto di grossi gruppi industriali

sia nazionali che internazionali, attivi nei diversi campi in cui le nanoscienze e le nanotecnologie

hanno importanza significativa. Q

ueste presenze sono state sicuramente un im

portante segnaledi consapevolezza della necessità di una sem

pre maggiore integrazione tra ricerca di base ed

innovazione.

L’organizzazione dei Colloquia ha usufruito di un budget da parte del N

IS volutamente lim

itato,evitando ogni spesa di iscrizione per i partecipanti e rinunciando ad ogni tipo di lussuosom

ateriale stampato: Il contenim

ento del budget è stato anche reso possibile dal fatto che alcunioratori, tra i quali alcuni m

olto prestigiosi, hanno coperto parte delle loro spese di viaggio esoggiorno con fondi propri. Il fatto che m

olti relatori abbiano voluto partecipare a proprie speseai C

olloquia, mostra indirettam

ente come questi convegni abbiano raggiunto una capacità di

attrazione inaspettata, (circa 100 presenze per ogni evento).

Il contenimento dei costi è stato anche reso possibile dal fatto che l’organizzazione degli eventi è

stata interamente curata dagli afferenti il centro: Il centro N

IS ha infatti messo a disposizione un

giovane che ha curato gli aspetti logistici ed informativi;

Al termine di ciascun colloquium

gli oratori hanno in genere aderito all’iniziativa di raccogliere inform

ato pdf tutte le presentazioni che sono poi state inviate sotto forma di C

D a tutte le istituzioni

che hanno preso parte al singolo evento. Per ogni colloquim

è stata infine redatta una sinteticarelazione che ha dato origine alla publicazione originale: “Il Q

uaderno dei NIS C

olloquia”.

In definitiva l’esperienza dei NIS C

olloquia è stata estremam

ene positiva sotto tutti i punti di vista.P

artita come una serie di scam

bi scientifici per valorizzare i giovani ricercatori locali ed al tempo

stesso creare comunicazione scientifica a livello internazionale, l’iniziativa N

IS Colloquia si è in

breve tempo trasform

ata in un evento di notevole portata scientifica senza per questo perdere lasua sobrietà organizzativa.


From all the presentations the follow

ing threeopen questions have been identified.

The heterogeneity

of the

amorphous

silicaleads to a high heterogeneity in the structure ofthe C

r sites: is it possible to simplify the

system? The dream

should be the presence ofonly one type of C

r site on the silica surface, sothat it should be possible to relate a precisestructure

with

the catalytic

performances.

Since it is impossible to correctly reproduce the

structure of the amorphous silica and the strain

properties of its surface by means of ab-initio

calculations, in order to compare theoretical

and experimental results a m

odel support isrequired. In the absence of a high surface areacrystalline

silica, the

following

“model

supports” have

been identified:

silicalite,sintered silica and SiO

2/Si(001). In all thesecases, characterization techniques present aproblem

of sensitivity due to the low C

r content.

Is it possible to compare the characterization

results and the polymerization properties

obtained in different experimental conditions

on different catalysts?From

the discussion item

erged that a possible solution could be thestudy of a battery of different sam

ples in exactlythe sam

e conditions. This requires a complex

exchange of catalyst samples and of technical

competences

among

different laboratories.

Only w

hen these conditions will be satisfied the

results about polymerization activity of different

catalysts can be compared. Am

ong all the stillopen questions, this joint effort could be usefulto

understand the

effect of

the activation

procedure on the catalytic performances and

the effect

of the

adopted polym

erizationconditions

(ethylene pressure,

temperature

etc.) on the TOF and on the num

ber of the activesites. The use of different and m

ore complex C

rligands, if from

one side may com

plicate thesystem

, from

the

other side

may

help in

identifying a

relationship betw

een structure

and catalytic performances.

Is it

possible to

identify the

initiationm

echanism?

The reduction of the complexity of

the system(few

types of sites, low reaction

speed, etc.) should be the starting point for anym

echanicistic investigations.

Provided

thiscondition is satisfied as better as possible, alsoenergetic and kinetic considerations m

ust betaken into account.

Actions

• Sharing of techniques and experimental apparatus

• Exchange of samples

• Training of young researchers (PhD

and PostD

oc)com

ing from the different laboratories

Costs: 800 Euro covered by N

IS

52

Different

Phillips

type catalysts

have been

discussed, obtained by varying both the silicasupport and the C

r precursors. Starting with

the industrial

Cr(VI)/SiO

2sam

ple, the

Cr(VI)/SiO

2 /Si(001), the Cr(II)/SiO

2 , CrR

4 /SiO2

(R =N

por N

s ), CrC

p2 /SiO2

and Cr(TAC

)/SiO2

systems have been considered, som

e of which

are active only in the presence of a cocatalyst.D

ifferent data in the field of characterization(dealing w

ith different techniques, such as IR,

Ram

an, D

RS

UV-Vis,

XAN

ES-EXAFS,

XPS,

SIMS, EP

R, etc.) and of polym

erization activity,very often not so easy to be com

pared among

each other, have been reviewed.

TargetAim

of the colloquium w

as the discussion of the more

recent results on the Phillips catalyst and its related

systems am

ong all the European research groupsinvolved in this field. The target w

as the identificationof a com

mon w

ork direction and the joining of theefforts in order to solve the still open questions in thefield. Integration am

ong the groups has been pursued alsothrough social events: Visit to “Salone del G

usto” andtrip in Alba to “truffle m

arket”

CrSITES GRAFTED ON AM

ORPHOU

S SILICA: EXPERIM

ENTAL AN

D TH

EORETICAL EFFORTS JOINT TO SOLVE

THE M

YSTERY OF THE PH

ILLIPS CATALYSTa cura di Adriano Zecchina ed Elena G

roppoO

ctober 22nd and 23rd 2004

A. ZecchinaO

pen problems and perspectives in facing the C

r/SiO2 catalyst:

a challenge for the futureN

IS TorinoD

. Donadio

Simulation of rare events: the surface relaxation of am

orphous silicaETH

ZurichE. G

roppoThe com

plex forest of the Phillips catalyst: finding the path to go from

the structure of the active sites to the catalytic activity

NIS Torino

R. B

lomP

eculiarities with the chrom

ocene catalystSIN

TEF Oslo

A. Quadrelli

Surface Organom

etallic chemistry of C

rR4

(R= C

H2 C

Me

3 , CH

2 SiMe

3 )on silica: com

parison and contrast with P

hillips catalystsC

PE Lyon

Visit to "Salone del Gusto“: italian and international foods and w

ines...how

to merge toxic C

hromium

with best food and w

ineC

ristina Nenu

Novel H

eterogeneous Cr-based catalysts for the trim

erization of ethylene

Utrecht U

niv.P. C

. Thüne The P

hillips catalyst on a square centimeter

Eindhoven Univ.

A. Dam

inTheoric studies on grafted C

hromium

NIS Torino

H. Freund

Single Metal A

toms on Silica and A

lumina

Fritz Haber Inst. B

erlin

ParticipantsThe C

olloquium w

as followed by about 50 persons,

coming

from

several different

groups of

theU

niversity of

Torino, from

foreign

University

orR

esearch C

enters (U

trecht U

niversity, Eindhoven

University,

ETH

Zurich,

CP

E

Lyon) and

fromindustries related w

ith the polyethylene production(P

olimeri Europa, Sintef, etc.). W

ith the exception ofthe group of B

ergen University (N

orway) and of Fritz

Haber Institute of B

erlin (Germ

any), all the europeanresearch groups involved in the P

hillips catalyst fieldhave been represented by at least one participant.The participation of people com

ing from industry w

asrelevant to stim

ulate the discussion. The contributiongiven by an expert in the silica sim

ulation highlightedthe com

plexity arising from the am

orphous nature ofthe support

5455

The main open issue appears to be the need

for ductilisation of the glass which m

ay beachieved by producing com

posites.

The m

agnetic properties

of nanocrystalline

alloys were dealt w

ith at length. One of the

major future breakthrough could com

e fromthe developm

ent of wet chem

istry techniquesfor

deposition of

active layers

forperpendicular recording devices.

Applications of fine grained materials in the

field of

both soft

and hard

magnets

were

covered. For hard Nd-Fe-Al alloys, there is

challenge in producing a uniform glassy phase

which can then be devitrified to fine crystals-

single dom

ain. C

ontrolled devitrification

isalready achieved in som

e soft magnetic alloys.

Here

the advancem

ent appears

theoptim

ization of the multicom

ponent materials

in term of com

position and thermal treatm

ent.

The formation of B

MG

’s needs fine control ofthe

purity of

the m

aterial to

avoid the

nucleation of crystals and the development of

suitable casting technologies.

Fundamental issues are still open in order to

define the glass forming ability of m

elts. Theseappear to behave as strong liquids as opposedto fragile non-glass form

ers. The kinetic andtherm

odynamic

parameters

used to

definesuch property have been review

ed.L. B

attezzatiM

elt fragility and the glass transition in alloys NISTorino

T. Kulik

Magnetically Soft N

anomaterials for H

igh-Temperature A

pplications N

anoCentre W

arsawP. L. C

avallotti M

aterials for perpendicular recordingP

olitecnico Milano

P. Tiberto N

anocrystalline hard magnetic alloys IEN

GF Torino

S. Enzo K

ineticsofamorphous-to-crystal transform

ations by quantitativepow

der diffractionU

niversità di SassariM

.Baricco

Bulkm

etallic glasses NIS Torino

P. Riello

Applicationsof low

angle scattering Università di Venezia

G. M

aizza U

ltrafast sinteringof nanostructuredpowders P

olitecnico Torino

AMORPH

OUS AN

D NAN

OCRYSTALLINE

ALLOYS: STATE OF THE ART

AND PERSPECTIVES

a cura di Livio Battezzati

Decem

ber 1st 2004

Various types of bulk metallic glasses (B

MG

)w

ere discussed. Examples of com

position aregiven below

:

•Zr-based :Zr52.5 Ti5 C

u17.9 Ni14.6 Al10

•Fe-based: Fe61 C

o7 Zr10 Mo5 W

2 B15

•Mg-based:

Mg60 C

u30 Y10•N

d-based: N

d70 Fe20 Al10

with em

phasis on their superior mechanical

properties such as high elastic limit and high

strength. Their

structural and

mechanical

characterization was described (techniques of

interest are: nanoindentation, hardness andcom

pression tests, XRD

including the use oflarge scale facilities, H

RTEM

etc.).

TargetAim

of the colloquium w

as to discuss the state of theart and future perspectives in the production andproperties of am

orphous and nanocrystalline alloys.The target w

as to review the m

ost recent issues onquenchability of alloys and the com

position rangesfor easy glass form

ation. Properties of interest w

erem

agnetic, mostly for nanocrystalline alloys obtained

from am

orphous precursors and electrodeposition,and m

echanical for bulk metallic glasses.

Participants

The C

olloquium

was

followed

by about

40people,com

ing from the U

niversities of Torino,Venezia and Sassari, the Istituto N

azionale Galileo

Ferraris di Torino, and from the P

olitechnics ofTorino and M

ilano. As a foreign guest, the Director

of the Nano C

entre of Excellence in the TechnicalU

niversity of

Warsaw

w

as invited.

A

fewparticipants cam

e from industries interested in

the exploitation

of bulk

metallic

glasses in

electromagnetic devices and in nanostructured

Actions

• Discussion on future EU

proposal.• Training of young researchers (P

hD and

PostD

oc) coming from

the different laboratories.

UN ANNO DI NIS COLLOQUIA

Costs: about 1000 Euro covered by N

IS

Magnetic nanocrystals in a glassy m

atrix

Crystallization

followed by

XRD

at the syncrotron.

Particular

attention w

as focussed

on the

description of

quantum

point contacts

onG

aAs/AlGaAs and then on the recent results

concerning

the nanofunctionalization

ofdiam

ond hydrogenated

surfaces by

LAO

,together w

ith the analysis of the effect of thedifferent param

eters involved in the process.W

ithin this technique, a further contributiondealt

with

the investigation

of nanoscale

processes occurring during local graphitisationof diam

ond-like carbon thin films. A new

SPM

system,

called N

anoworker,

allowing

toperform

nanolithography and monitoring the

whole process in real tim

e, as well as its use as

tool for lithography, manipulation and m

appingon nanom

eter scale has been presented. Inaddition

its ability

to perform

dynam

icploughing

and spatially-resolved

LAO

on

semiconductor

and m

etallic substrates,

together with dip-pen nanolitography (D

PN

)and carbon nanotubes m

anipulation has beendescribed.


ParticipantsThe C

olloquium w

as followed by about 40 people,

coming

from

foreign and

italian U

niversities or

Research

Centers:

University

College

of London,

UJF–LEP

ES/CN

RS

of G

renoble, IFW

of

Dresden,

Universities

of Torino,

Bologna,

Genova,

Trieste,Istituto N

azionale Galileo Ferraris, Italian N

ationalR

esearch Council (C

NR

) and Politecnico of Torino.

Actions

• Sharing of fundamental know

ledge and practicalproblem

s as a starting point for future collaborations.• Training of young researchers (P

hD and P

ost Doc)

coming from


56

The colloquium w

as opened with a lecture,

devoted to the discussion of the mechanism

ofthe im

age formation, in term

s of tip–surfaceinteractions, their m

easurement by dynam

icforce

microscopy

in com

parison w

iththeoretical m

odels. This approach allowed to

provide information about the surface-probe tip

system and the physical changes occurring

during the scanning process.

As far as the morphology of a w

ide class ofm

aterials is concerned, AFM has been show

nto have a relevant role in identifying on thesurfaces the presence of aggregates, defects,such as steps, kinks or even to define the latticeperiodicity of w

ell ordered crystals systems.

Within this field, the surface m

orphology ofm

any polycrystalline

materials

has been

imaged and com

pared with spectroscopic data,

in order to correlate phenomena occurring at

atomic level w

ith the real structure of thesurfaces. Then electrical m

odes-based AFMtechniques

were

widely

discussed w

ithparticular

attention to

Electric Force

Microscopy

(EFM),

Scanning Spreading

Resistence

Microscopy

(SSRM

), Scanning

Capacitance

Microscopy

(SCM

) and

Kelvin

mode.

Their application

to the

study of

electrical properties

of sem

iconductornanostructures,

together w

ith the

manipulation-detection of single charges have

been presented. Moving then to the use of

SPM

s on soft materials, particular em

phasisw

as given

to the

study of

the m

echanicalproperties of isolated polym

er chains as well as

to the

monitoring

of dynam

ic processes

occurring in polydisperse molecular system

sphysisorbed

at solid-liquid

or solid-gas

interfaces. Effects such as the perturbation ofthe

electronic states

of adlayers

and the

occurrence of

chemical

reaction w

ere also

reviewed.

In the

second part

of the

colloquium

theproduction of nanostructures by ion erosionand

molecular

beam

hepitaxy for

many

materials,

ranging from

sem

iconductors to

metals, from

glasses to ionic crystals, was at

first discussed, by highlighting the elementary

processes on which their form

ation is basedand

their potential

applications in

nanotechnology. The

discussion has

thenm

oved to the description of the local anodicoxidation (LAO

) technique, as an effective toolfor

patterning the

surface of

a conductive

sample and then to the study of the chem

icalproperties

of the

LAO

obtained structures.

TargetAim

of the colloquium w

as to share recent resultsand developm

ents in the field of SPM

microscopies,

mainly

atomic

force m

icroscopy and

relatedtechniques, am

ong some European groups involved

in this field. In the first part of the colloquium the use

of SPM

techniques as tools for the characterisation ofm

aterials was highlight, w

hereas in the second partthe

most

recent applications

in the

field of

nanotechnology were review

ed.

SCANN

ING PROBE M

ICROSCOPY AN

D NAN

OTECHN

OLOGYILa cura di C

laudio Manfredotti e D

omenica Scarano

Decem

ber 13rd - 14th 2004

Claudio M

anfredotti, NIS Torino Introduction

A. ShlügerM

easuring the force of individual surface ionsU

niversity College London

F. Marchi

Atom

ic Force Microscopy and related techniques: new

ways and tools to

explore the nanoworld

University of G

renoble, UJF-LEP

ES/CN

RS

P. Samorì

Scanning probe microscopies beyond im

aging ISOF – C

NR

Bologna

S. Bertarione

Imaging the surface m

orphology on nanostructuredmaterials by atom

ic force m

icroscopyN

IS TorinoU

. ValbusaThe nanostructure zoo

Università di G

enovaG

. Mori

Chem

ical and transport propertiesof nanostructures fabricatedby local anodic oxidation

INFM

-TASC Trieste

C. M

anfredottiN

anofunctionalization of diamond surfaces by local anodic oxidation

NIS Torino

P. Pingue

The Nanow

orker: a user-friendly approach to SPM

-based nanolithography and nanom

anipulationN

EST - INFM

Pisa

T. Muehl

STM-based nanolithography of diam

ond-like carbon films

IFW D

resden


IS

58

Polym

er system

s tipically

show

nano-structuration

at the

molecular

and supra-

molecular level, w

ith different possibilities ofm

olecular architecture, morphological organi-

zation and distribution of chemical function-

alities. This

feature brings

to a

variety of

situations from

self-assembling

and self-organizing

materials, to self-adaptive, tunable

hydrophobic – hydrophilic surfaces, to opticaland

electro-optical responsive

films

andnanocom

posites.

Colloidal and interfacialmethods for synthesis

of organic-inorganic hybrid nanoparticlesw

ithcontrolled

morphology

and stability

were

described. The

interest is

not only

for the

characteristics of the materials, but also for the

environmental advantages and biocom

patibilityof the w

ater-based polymer system

s.

The hybrid polymer film

s can form distinct

morphologies w

hich remain even under severe

ageing conditions. In addition to maintaining

the nanoparticle

shapesand

surfacem

orphology,it has been shown that com

pleteinhibition

of surfactant

migration

may

beachieved.

Block copolym

ers (BC)

are a particular usefultool for fabrication of nanom

aterials because oftheir intrinsic dim

ensions, ease of processingand peculiar m

esophase separation which give

self-assembling both in solution and in bulk.

Recently developed techniques of controlled

radical (living)

polymerization

allow

for the

obtainment

of w

ell-defined architectures

where a w

ide range of chemical functionalities

may be incorporated.

The nanostructured materials are obtained by

direct application of self-assembled B

Cs or

after selective chemical isolation (degradation,

dissolution, pyrolysis,

etc.) of

one or

more

blocks. Alternatively, films obtained from

BC

s

TargetA

im

of the

colloquium

was

to discuss

recentdevelopm

ents and

future perspectives

in the

production and properties of nanostructured polymer

materials for functional applications.

The target was to highlight joint cooperative efforts

for synthesis,

control and

characterization of

macrom

olecular structures

capable of

displayingtunable surface, optical and chem

ical properties.

SISTEMI POLIM

ERICI NAN

OSTRUTTU

RATIa cura di O

scar Chiantore

3 Febbraio 2005

Oscar C

hiantore, NIS Torino Introduzione

V. Castelvetro

Sintesi colloidali e interfacciali per la generazione di materiali ibridi e

funzionali a morfologia nanostrutturata

Dipartim

ento di Chim

ica e Chim

ica Industriale, Università di P

isa D

. Scalarone D

inamica e stabilità di superfici in film

polimerici organici e ibridi

NIS, U

niversità di Torino J. M

. Kenny

Funzionalizzazione di nanotubi di carbonio per nanocompositi a m

atrice polim

erica Università di P

erugiaM

. LazzariC

opolimeri a blocchi per la fabbricazione di m

ateriali nanostrutturati N

IS, Università di Torino

A. Pucci

Preparazione e proprietà ottiche di sistem

i nanostrutturati cromoforici

dispersi in matrici polim

ericheD

ipartimento di C

himica e C

himica Industriale, U

niversità di Pisa

are used

as tem

platesfor

fabricationof

nanoreactorsand nanom

aterials(nanow

ires,nanotubes, nanoposts, nanopores).

Nanostructured

carbons and

Carbon

nano-tubes are also produced from

BC

templates,

and the issues related with functionalisation of

carbon structures have been covered.

Photoresponsive nanoparticles

dispersed inoriented polym

er films have been discussed,

with their potential practical applications as

displays, optical coatings, special inks, smart

packaging.

Other

applicationsof

the nanostructured

polymer system

s are: functional coatings (self-cleaning,

ultra-hydrophobic), catalysis,

photoelectronics, solar

cells, biosensors,

bioencapsulation.

59

ParticipantsThe C

olloquium w

as followed by m

ore than 40people from

different groups of the Universities

and the Politechnics of Torino and M

ilano.P

articipants came also from

industries interestedin production and applications of polym

er films,

special coatings and packaging.

Actions

• Discussion on collaborative research projects

and planning of future interactions. •

Training of

young researchers

(PhD

and

PostD

oc) coming from



IS


world of italian surface science w

ere presentedby

Gaetano

Granozzi,

(Padova,

new

oxidicphases grow

n on metal single crystal), M

arioR

occa (G

enova, oxidation

of stepped

silversurfaces),

Sergio Valeri

(Modena,

nanotechnological applications at the metal-

oxide interface) and Andrea Atrei (Siena, thinnickel oxide film

s).

The w

orld of

polycrystalline oxides

was

represented essentially by the groups acting inTorino in the context of N

IS except for thelecture given by G

uido Busca (G

enova) on thevibrational

analysis of

oxides supported

onoxides. Am

ong the Torino’s contributions thetalk of M

ario Chiesa described the interaction

between alkali m

etal atom and the surface of

ionic oxides

as seen

by EP

R

spectroscopy,

introducing a possible way to rationalize the

metal

support interaction.

The theoretical

chemistry groups in Torino w

ere representedby P

iero Ugliengo (m

odelling of hydroxyapatitein

bioglasses) and

Annamaria

Ferrari. H

ercontribution on oxide subm

onolayers on metals

was strictly connected to the surface science

experimental activity in Padova and M

odena.

Finally a number of experim

ental contributionscam

e from N

IS people on various subjectsincluding nanostructured zinc oxide (D

omenica

Scarano), surface

hydration of

ionic oxides

(Gianm

ario M

artra), surface

properties of

zirconium dioxide (G

iuseppina Cerrato), new

oxide based

sensor m

aterials (Federica

Prinetto) and potentiality of oxide system

s inthe storage of m

olecular hydrogen (Donato

Cocina).

The colloquium w

as opened by the lecture ofG

ianfranco P

acchioni (M

ilano B

icocca)focussing on a particularly “hot” topic i.e. thedeposition of m

etal atoms on M

gO, SiO

2 , andTiO

2surfaces and thin film

s with particular

attention to the phenomenon of atom

s chargingby delocalisation of surface trapped electrons.The dram

atic consequences of the charging onthe

metal

reactivity w

as investigated

byP

acchioni’s group

with

state of

the art

theoretical calculations

and continuously

compared w

ith experimental results of leading

experimental groups of surface science.

Outstanding

contributions com

ing from

the

ParticipantsThe

Colloquium

w

as follow

ed by

nearly 100

persons, coming from

various groups of theU

niversity of

Torino, from

other

ItalianU

niversities (M

ilano, M

ilano P

olitecnico,P

iemonte

Orientale,

Ferrara, Siena,

Padova,

Genova)

and

from

various public

researchinstitution

(CN

R)

and private

companies

Actions

•Discussions on possible joint project including

EC projects.


IS

Elio Giam

ello, Università di Torino e N

IS Introduzione ai lavoriG

. Pacchioni

Charging of m

etal atoms deposited on M

gO, SiO

2 , and TiO2

surfaces and thin film

s: mechanism

s and consequences D

ipartimento di Scienza dei M

ateriali, Milano B

icoccaP. U

gliengoR

ole of calcium hydroxyapatite in bioglasses: ab-initio

characterization of its surface propertiesD

ipartimento di C

himica IFM

e NIS, U

niversità di TorinoD

. ScaranoSynthesis and surface characterization of ZnO

-based materials:

from single crystals to m

icroporous nanostructuresD

ipartimento di C

himica IFM

e NIS, U

niversità di TorinoG

. Martra

Hydration of oxide surfaces. A

case study: modulation of M

gO surface

reactivityD

ipartimento di C

himica IFM

e NIS, U

niversità di TorinoM

. Chiesa

Interactions of ns1 atoms w

ith the surface of ionic oxides D

ipartimento di C

himica IFM

e NIS, U


. Busca

Ossidi supportati su ossido: uso delle vibrazioni fondam

entali e di sovratono per la determ

inazione della molecolarità

Dipartim

ento di Ingegneria Chim

ica, Università di G

enovaF. P

rinettoStudy of new

gas sensor materials obtained from

Pt/Zn/A

l layered double hydroxides

Dipartim

ento di Chim

ica IFM e N


D. C

ocinaA

dsorbimento di idrogeno alla superficie di ossidi nanostrutturati

Dipartim

ento di Chim

ica IFM e N


G. G

ranozziP

reparation and structure of oxide nanostructures on metal single crystals

Dipartim

ento di Chim

ica, Università di P

adovaM

. A. Rocca

HR

EELS, XPS and m

olecular beam studies of the oxidation of stepped

metal surfaces.

IMEM

-CN

R Sez. di G

enova and INFM

, Dip. di Fisica, U

niv.`di Genova

G. C

erratoC

aratterizzazione morfologico-strutturale di sistem

i a base di ZrO2

di potenziale im

piego in ambito catalitico

Dipartim

ento di Chim

ica IFM e N


S. ValeriM

icro-nano strutturazione di sistemi m

etallo-ossidoIN

FM - N

ational Research C

enter on nanoStructures and bioSystems at

Surfaces (S3), and Dipartim

ento di Fisica, Univ. di M

odena e Reggio Em

iliaA. Ferrari

Struttura e reattività di sub-monolayer di ossidi supportati su m

etalli D

ipartimento di C

himica IFM

e NIS, U

niversità di TorinoA. Atrei

Nichel e ossido di nichel su A

g (100)D

ip. di Scienze e Tecnologie Chim

iche e dei Biosistem

i, Univ. di Siena


H2O

on MgO

(100) on Ag(100).Altieri,Valeri et al. M

odena

Polycrystalline M

gO. TEM

image by

G. Spoto (Torino)

60

TargetAim

of the colloquium w

as to bring together italianscientists

working

in the

field of

the surface

properties of metal oxides. This area is characterized

by the strong interaction between experim

entalistsand theoreticians as, ow

ing to the recent tremendous

increases of

the com

putational capabilities,

theresults of surface m

odeling are nowadays fruitfully

comparable w

ith the experiments. Sim

ultaneouslythe C

olloquium aim

ed to compare the approaches

and the results of experimentalists w

orking on singlecrystal faces or on ultrathin oxide layers epitaxiallygrow

n on a support (Surface Science) with those of

the classic

surface chem

istry perform

ed on

polycrystalline systems. Also in this case an efficient

dialog between the tw

o comm

unities is now possible

as the

surface chem

istry and

spectroscopy of

nanostructured oxide can often reach a detail ofdescription com

parable to that of surface science

NAN

OSTRUCTU

RED OXIDE SURFACES

a cura di Elio Giam

elloFebruary 17th-18th 2005

harmonic w

avelengths externally controlled byan electric field.

Atomic clustering m

ay be difficult to spot in thebulk of m

etals. Advancements in techniques

such as positron annihilation help in analyzingthe local chem

istry around defective sitesand

its evolution in time.

ParticipantsThe C

olloquium w

as followed by about 40 people,

coming

from

the U

niversities of

Torino and

Genova, the IEN

I-CN

R of G

enova, and from the

Politechnics of Torino and M

ilano. As a foreignguest, a m

ember of the N

ano Science Centre in

the U

niversity of

Copenhagen

was

invited.P

articipants came also from

industries interestedin the production of fine particles, autom

otivem

aterials and nanostructured steel.

Actions

• Discussion on collaborative research projects.

• Training

of young

researchers (P

hD

andP

ostDoc) com

ing from the different laboratories.


IS

The topic is a long-standing one: Farhenheitobserved

undercooling of

pure w

ater and

Roberts-Austen of various m

etals and alloys.N

owadays,

with

phase field

models

phenomena

such as

dendrite grow

th are

convincingly described.

How

ever, the

activation barriers to crystal formation

is stillan open point to be tackled in every single newm

aterial.

The subject

was

treated from

the

fundamentals: the therm

odynamics of cluster

formation as

well

as of

wetting

and the

kinetics of atomic attachm

ent.The

latestadvancem

ents concern the derivation of drivingforces from

computer optim

isation of phasediagram

s and

atomistic

simulation

ofclustering.

Interfacial energies,

however,

remain a difficult task

Particles of nanometer size

embedded in a

crystal matrix can take up peculiar shapes and

perform

motion

along crystal

defects:phenom

ena which are not explained yet.

The formation of crystals in polym

ersm

ustaccount not only for chem

ical aspects but alsofor m

echanical energy input including the rateof application of stress. This has relevance forvarious

applications of

plastics. Q

uitesurprisingly,

mechanical

stresses can

alsoinfluence

nucleation in

metallic

glasses of

some com

positions where the propagation of

shear bands locally enhances atomic m

obility.

Nucleation is param

ount for the production offine grained catalysts. The num

ber and size ofm

etal particlessupported by an oxide w

illdepend m

arkedly on the chemical nature of the

substrate itself affecting the catalytic activityof

the metal. Analogously, m

etal nanoparticlescan be grow

n to the desired extent in a glassand

the m

aterial be

used as

a non-linear

electro-optical device,

to generate

second


Crystal

free glass filam

ent aftertensile test

Ageing ofAlZnM

g

62

TargetN

ucleation is a central issue in materials science. It

has implications in the production of fine particles as

well as bulk m

aterials, one of the key examples being

solidification. Aim of the colloquium

was to present

up-to-date review

s on

aspects of

nucleation in

various materials. It w

as also aimed at providing

examples of advanced characterization techniques

for the study of early stages of crystal formation from

various m

atrices.

NU

CLEATION:

AN IN

TERFACIAL PHEN

OMEN

ONa cura di Livio B

attezzatiFebruary 28th, 2005

Livio Battezzati N

IS Torino, Introduction: nucleation fundamentals and open points

E. Johnson P

roperties of nanoscale solid and liquid lead inclusions in aluminium

as seen by TEM

Nano Science C

enter, University of C

openhagenA. D

upasquierP

ositron annhilation spectroscopy of clustering in Al alloys

Politecnico M

ilanoG

. C. Alfonso

Theory and practice of crystal nucleation in polymeric m

aterialsU

niversità Genova

L. Costa

Fracture of climbing ropes: a case study on polym

er crystallisationN

IS TorinoA. P

asserone Interfacial energies and w

ettabilityC

NR

Genova

P. Rizzi

Nucleation in am

orphous alloysN

IS TorinoM

. Manzoli

Nanosized gold particles: m

orphology and propertiesN

IS TorinoM

. Ferraris N

ucleation and growth of m

etal nanoclusters in silica glass for photonic applications

Politecnico Torino

initially generated, then at later stages a more

compact C

/C com

posite material is form

ed,w

hich shows a high graphitization degree. The

obtained results demonstrate that the catalytic

method

affords an

effective and

lowtem

perature way to synthesize carbon-carbon

composites ranging from

microporous to m

orecom

pact materials, w

here the role of metal

particles in promoting the form

ation of a densecarbon m

atrix is highlighted.

The acquired knowledge on these m

aterialsallow

ed to become m

ore active interlocutorsof the industry involved in the production of thelight w

eight composites for high-perform

ancem

aterials, such as advanced tissues. How

everit is notew

orthy that the synthesis of newordered structures represents a challenge ofm

aterial science.

65

ParticipantsThe C

olloquium w

as followed by about 50


several differentgroups of the U

niversity of Torino, fromthe P

olitecnico of Torino and Milano and

from

industries related

with

the production

of carbon-based

materials

(Ozella-FTS

Saiag group).

With

theexception of the Sparco industry, m

ost ofthe

relevant research

groups (from

university and industry) involved in thecarbon field attended the m

eeting, givinga

significant contribution

to the

discussion on this frontier topic.

Actions


ledge andpractical problem

s. Placing techniques

and experimental apparatus at industry’s

disposal. Training of young researchersw

ithin PhD

and PostD

oc courses.


IS

64

Starting from

a

general introduction

concerning the

spectroscopiccharacterizations of am

orphous carbon-basedm

aterials, several

kinds of

nanostructuredcarbons:

nanotubes and

replicas of

mesoporous

silicas or

zeolites, until

tocom

posite systems have been discussed and

compared to “classical” am

orphous carbons,w

ith the aim of finding m

aterials for feasibleapplications

in the

fields of

catalysis, gas

storage (H2 , C

H4 ), optics, etc. An exhaustive

discussion on

the application

of R

aman

spectroscopy to the study of condensed phasesystem

s was also given, together w

ith a varietyof other characterization techniques, such asFTIR

, FTIR

-DR

, U

V-vis, E

PR

, photo-

luminescence, XR

D, SEM

, TEM, AFM

and ofchem

isorption activity.

In m

ore detail

anaccurate investigation on pure and hydrogen-doped

amouphous

carbons has

beenpresented, w

ith particular emphasis to the role

of nitrogen

on the

properties of

the local

structure (porous or compact) of the obtained

materials.

As

far as

the production

ofcrystalline and nanostructured carbons, newsynthesis procedures have been discussed by

the different groups, whose relevant results

will be briefly sum

marized in the follow

ing.

Carbons

coming

from

the m

ore traditional

thermal-oxidative

degradation processes

ofpolyvinyl precursors are studied for the firsttim

e by

means

of transm

ission-reflectionm

icro FTIR technique, w

hich allows the study

of the structure of dark insoluble materials. It

is known that the char form

ation, stable at hightem

peratures, is one of the possible strategiesof fire retardancy.

On an other side, carbons characterized by a

tailored porous structure have been obtainedby a casting procedure, starting from

template

systems

such as

SBA

-15 silica

andcom

mercial N

a-Y zeolite, following literature

recipes. As far as the carbon replicas areconcerned,

XRD

spectra

showed

that the

hexagonal structure of the parent silica ism

aintained w

ith SB

A-15

replicas and

thatordered carbon replicas have been obtainedalso from

Na-Y zeolite. O

n account of their highporosity and low

specific weight, they could be

promising

media

for hydrogen

storage, a

challenge of materials science.

Furthermore the discovery of fullerene and

carbon nanotubes has shown the possibility to

obtain ordered and non-conventional carbonstructures. O

n these bases catalytically grown

nanofilaments on conventional carbon fibres

have been described. A “porous nanotissue”w

hich interconnects

the original

fibres is

TargetAim

of the colloquium w

as to highlight the recentresults concerning the study of carbon and carbonsurfaces

and its

related system

s, am

ong local

research and industry groups involved in this field.The

target w

as to

define the

peculiar level

ofknow

ledge and experience of each group in order tostart a joint w

ork in the field.

G.Zerbi

Lo spettro vibrazionale come ‘probe’ della chim

ica e fisica dei materiali

carboniosi amorfiP

olitecnico Milano

L.Costa

Formazione di carboni da polim

eri polivinilici NIS Torino

F.Zaglia A

pplicazioni della fibra di Carbonio per particolari destinati a carrozzerie

di autovettureSparco S.p.A. Leinì(To)

A.TagliaferroR

uolo dell’azoto nel determinare le proprietà dei film

nanostrutturati di carbonio am

orfoP

olitecnico TorinoB

.Bonelli

Sintesi e caratterizzazione di carboni nanostrutturati:breve riepilogo delle attività in corso al P

olitecnico di TorinoP

olitecnico TorinoL.M

ezzoD

alla grafite ai nanotubi: evoluzione dei tessuti a base di filati ad alto m

odulo per la produzione di materiali com

positi strutturali O

zella-FTS S.Maurizio (To)

F.Cesano

Com

positi a base carbonio: sintesi, caratterizzazione spettroscopica e m

orfologico-strutturaleN

IS Torino

CHEM

ISTRY AND SPECTROSCOPY

OF CARBON AN

D CARBON SU

RFACESa cura di Adriano Zecchina e D

omenica Scarano

March 16th 2005


This meeting is one of the “N

IS Colloquia” w

hich areinform

al discussion meetings prom

oted periodicallyby

our C

entre of

Excellence,

and aim

ed at

networking and spreading its research initiatives.

The ab initio simulation of com

plex chemical objects

is becoming standard practice in m

any branches ofM

aterial Science. The case of crystalline surfacesand interfaces is a particularly difficult one becauseof the low

symm

etry and highly defective nature of

these system

s. M

ore pow

erful and

accuratesoftw

are is

needed, and

sometim

es new

interpretative tools are required in this area ofresearch. In its tw

o sessions, the present meeting

intends to highlight recent progress and prospectivew

ork in these directions. Activity taking place in thefram

e of NIS w

as illustrated, but other lines ofprogress w

ere also represented at the meeting

through contributions from outstanding scientists.

67

The C

olloquium

started w

ith an

invitedcontribution by M

ichele Parrinello. He brightly

outlined the status and perspectives of ab-initioM

olecular D

ynamics,

and presented

inparticular

recent ideas

by him

self and

hisresearch group, on how

to get a rough, but well

balanced description of the Born-O

ppenheimer

surface in comparatively few

“time steps”. The

discussion that followed show

ed that, among

present-day computational tools, those based

on Parrinello ideas are now generally believed

to be among the m

ost promising ones in order

to get thermo-chem

ical information on such

complex

processes as

may

occur at

solidsurfaces.

Cesare Pisani

andLorenzo M

aschioprovided

information on the progress of a com

putationalproject, C

RYSC

OR

. It is aimed at im

plementing

a new

code,

capable of

accounting for

correlation effects in periodic structures, byadopting a post-H

F local-correlation approach.This is im

portant also for providing a firmreference for assessing the reliability of D

FTform

ulations to be applied in surface-scienceapplications. R

affaele Resta

related about theelectric properties of solids and surfaces froma fundam

ental and new view

point. His ideas

may

provide useful

interpretative

tools,especially

as concerns

the equilibrium

structure of

ionic surfaces.

Michel

Rérat

showed

how

to

calculate the

dispersioncoefficient of the van der W

aals interactionbetw

een a molecule and a crystalline surface,

from

the ab-initio

determination

of their

frequency-dependent dynamic polarizabilities.

The simulation of the vibrational spectra of

crystalline solids with the C

RYSTAL program

was

the object

of R

oberto D

ovesi’scom

munication,

which

concluded the

firstsession. The pow

er and accuracy of the newly

implem

ented facility of CR

YSTAL was clearly

demonstrated.

On

the next

day, the

comm

unications by Michele Catti, B

artolomeo

Civalleri

and Sergio

Tosonigave

furtherevidence of the pow

er of the new “vibrational

facility” of CR

YSTAL, with reference to different

applications. C

atti show

ed how

the

quasi-harm

onic approximation, coupled w

ith Bose-

Einstein statistics

can be

used for

thermodynam

ic sim

ulations, and

theArrhenius-like form

ulation of Transition State

Theory for

tackling kinetic

processes in

crystals. C

ivalleri analysed

critically the

influence of the formulation adopted for the

exchange-correlation potential in the frame of

DFT on the calculated vibrational spectrum

forthe case of crystalline urea. Tosoni discussedthe vibrational m

odes of the three species ofO

H groups existing in kaolinite: inner, inner-

surface and outer surface hydroxyls; this kindof

calculation is

very useful

for the

interpretation of

experimental

spectroscopicdata.

Nic H

arrison, Jessica Scarantoand

Alessandro

Dam

indiscussed

thedeterm

ination of

structural and

chemical

properties of

com

plex crystalline

surfacesfrom

various viewpoints. H

arrison showed how

to extrapolate ground state data to obtain finitetem

perature therm

odynamic

information

onsurface

properties. Scaranto

provided an

example

of accurate

determination

ofgeom

etric, energetic

and vibrational

characterization of an adsorbed phase. Dam

intackled the topical subject of the com

bined useof a cluster and a periodic approach for thesolution of surface problem

s. Finally, Maurizio

Cossishow

ed how to sim

ulate the effect of asolvent on the properties of surfaces, by asim

ple extension of the Polarizable Continuum

model (P

CM

) which has proved very useful in

molecular

studies. This

facility is

presentlybeing im

plemented in C

RYSTAL.

ParticipantsThe

Colloquium

w

as follow

ed by

about 50


different groups of theU

niversity of Torino and from other U

niversity orR

esearch Centers, both in Italy (M

ilano, Napoli,

Trieste, Venezia, Modena, B

ologna, Pisa) and

abroad (Zürich,

London, P

au,

Regensburg).

Stimulating discussions took place during the

Workshop, involving m

any of the participants.

Actions

• Sharing and critical comparison of different ab

initio techniques•

Training of

young researchers

(PhD

and

PostD

oc) coming from


S. Tosoni : 3859 cm-1vibration

of inner surface hydroxyls

Costs: 800 Euro paid by N

IS, 200 Euro fromG

ruppo di Chim

ica Teorica.

66

TargetThe ab initio sim

ulation of crystalline surfaces andinterfaces is particularly difficult because of the lowsym

metry,

intrinsic heterogeneity,

and highly

defective nature of these systems. In its tw

o sessions,the present m

eeting aimed at highlighting recent

progress and prospective work in the developm

ent ofnew

software and new

interpretative tools for thistask. Activity taking place in this area of research inthe fram

e of NIS w

as illustrated, but other lines ofprogress w

ere also presented, through contributionsfrom

outstanding scientists. Most of the Abstracts

are on the NIS site.

Adriano Zecchina Direttore N

IS, Università di Torino Introduction

M. P

arrinelloP

rogress and challenges in ab-initio molecular dynam

ics D

epartment of C

hemistry and Applied B

iosciences, ETH Zürich (C

H)

C. P

isaniP

ost Hartree-Fock local-correlation m

ethods for crystalsD

ipartimento di C

himica IFM

, Università di Torino

L. Maschio

Implem

enting a local-correlation method for crystals: critical aspects

Dipartim

ento di Chim

ica IFM, U

niversità di TorinoR

. Resta

Electric properties of solids and surfacesD

ipartimento di Fisica Teorica, U

niversità di TriesteM

.Rérat

Physisorption of atom

s and molecules on crystal surfaces

Laboratoire de Chim

ie Structurale, Université de P

au (FR)

R. D

ovesiVibrations in Solids and at surfaces D

ip. di Chim

ica IFM, U


. Catti

Ab initio approaches to therm

odynamics and kinetics in solid phases

Dipartim

ento di Scienza dei Materiali, U

niversità di Milano B

icoccaB

. Civalleri

Vibrations in crystalline urea: the role of the Ham

iltonian D

ipartimento di C

himica IFM

, Università di Torino

S. TosoniThe calculated vibrational spectrum

of a layered compound: kaolinite

Dipartim

ento di Chim

ica IFM, U

niversità di TorinoN

. Harrison

Com

plex surfaces: Predicting stoichiom

etry, structure and propertiesIm

perial College, London (U

K)

J. ScarantoA

n ab initio study on the adsorption of Vinyl Fluoride on Rutile(110)

Dipartim

ento di Chim

ica Fisica, Università di Venezia

A. Dam

inC

hromium

(II) catalytic centres on silica surface: cluster or periodic approach?

Dipartim

ento di Chim

ica IFM, U


. Cossi

Modelling w

et surfaces: a polarizable continuum solvation m

odel for periodic system

sD

ipartimento di C

himica, U

niversità di Napoli “Federico II”

AB INITIO SIM

ULATION

OF TH

E PROPERTIES OF CRYSTALLINE

SURFACES AN

D INTERFACES:

PROGRESS AND PROSPECTS

a cura di Cesare P

isaniM

ay 19th-20th, 2005


Examples

were

discussed of

structuringoperated at the nano (R

. How

e, Y. Paz, S.U

sseglio and P. Calza, H

. Garcia) and atom

iclevels (C

. Paganini, V. Maurino, G

. Martra).

In both cases TiO2

still represents a reference

system.

Efforts in view of atom

ic modifications of this

material are m

ainly concentrated on the dopingof the bulk (introduction of N

impurities) and of

the surface (with F, Zn, O

H groups).

Examples

of nano-m

odifications are

theobtainm

ent of

exotic TiO

2structures

like

nanotubes, nanowires, porous form

s, etc., orthe

embedding

of –TiO

TiO-

chains into

nanostructured porous

solids (e.g.

ETS-10).Sim

ilar materials based on -VO

VO- chains have

been also prepared and characterized.

Another

interesting approach

for the

preparation of photocatalysts, still based onnano-m

odifications techniques,

discussedduring the C

olloquium is the encapsulation of

photoactive molecules (pyrylium

derivates) oroxidic

nanoclusters (TiO

2 ) into

three-dim

ensional porous framew

orks (zeolites andzeotypes).

Finally, the

use of

photocatalysis for

thepreparation

of nano-

structured polymeric or

hybrid (polym

ericinorganic) m

aterials hasbeen also reported.

The C

olloquim

consisted of

eleven oral

presentations (distributed over two half days)

which covered topics ranging from

the market

applications of photocatalysis, to its role in the

synthesis of

life relevant

molecules

in the

galactic space and on the primitive earth (N

.Serpone).

The opening lecture (G. C

enti) offered a reviewon principles, applications, m

arket and S&T

opportunities, and

possible future

developments of photocatalysis.

The “Japanese approach” was illustrated as an

example

of fruitful

interaction betw

eenacadem

ic and market oriented research.

Materials structuring as a tool for im

provingthe

performances

of already

availablephotoactive system

s and for the preparation ofnew

photocatalysts

represented the

centraltopic

of m

ost of

the other

contributions.


ParticipantsThe C

olloquium w

as opened by Prof. E. P

elizzetti inthe capacity of R

ector of the Turin University as w

ellas of w

orld-wide renow

n expert in photocatalysis.The C

olloquium w

as attended by about 50 persons.C

ontributions were given by invited speakers com

ingfrom

foreign (UK

: R. H

owe; Israel: Y. P

az; Spain:H

Garcia; C

anada: N. Serpone) and national (C

ataniaU

niversity: G. C

enti; Turin University: P. C

alza, G.

Martra, V. M

aurino, C. P

aganini, S. Usseglio; Turin

Politecnico:

Sangermano)

academic

institutions.The audience w

as composed of academ

ic researches(from

Turin

and M

ilan) and

by som

e industrial

representatives (Buzzi U

nicementi SpA).

Actions

•Exchange of information and sam

ples.•Evaluation of the possibility to prepare and subm

it acom

mon European project (STR

EP Actions)


IS

68

TargetThe C

olloquium aim

ed to highlight state of the artand future trends of heterogeneous photocatalysis,focusing m

ainly on those aspects related to surfaceproperties and interfacial phenom

ena. The approachw

as multidisciplinary, as it w

as intended to bringtogether experts operating, often w

ith little exchangeof

information,

in different

research fields,

i.e.physicochem

ical characterization

of solids

andevaluation of the photo-activity by analytical tools.B

y involving

local and

foreign researchers,

thecolloquium

also offered the chance to discuss thepossibility

to prepare

a com

mon

EU

research

program on photocatalysis.

ROLE OF SURFACES AN

D INTERPH

ASESIN

PHOTOCATALYSIS:

A MU

LTIDISCIPLINARY APPROACH

a cura di Paola C

alza, Valter Maurino e G

iuseppe Spoto30th - 31st M

ay 2005

Ezio Pelizzetti,R

ettore dell'Università di Torino

A. Zecchina, Direttore del C

entro di Eccellenza NIS Introduction

G. C

entiN

ew m

aterials for photocatalytic applicationsD

ip. di Chim

ica Industriale ed Ingegneria dei Materiali, U

niversità di Messina

S. Usseglio

Photoinduced transform

ation of organic compounds on titanosilicate

materials. A

) ETS4 and ETS10 structural propertiesD

ip. di Chim

ica IFM e N


P. Calza

Photoinduced transform

ation of organic compounds on titanosilicate

materials. B

) toward a selective photocatalysis

Dip. di C

himica Analitica e N


R.F. H

owe

Microporous m

aterials as a route to nanostructured photocatalystsEngineering &

Physical Sciences School, C

hemistry, U

niversity ofAberdeen (Scotland)

G. M

artraM

olecular events at the surface of microcrystalline TiO

2 : photo-dependent and photo-independent transform

ationsD

ip. di Chim

ica IFM e N


M. C

. Paganini

On the nature of the nitrogen param

agnetic impurities in doped titanium

dioxide D

ip. di Chim

ica IFM e N


N. Serpone

STAR

DU

ST – Microreactors and photostim

ulated heterogeneous reactions occurring in galactic space – A

biogenesis of molecules

Dip. di C

himica O

rganica, Università di P

aviaH

. Garcia

Zeolite-based photocatalysts: The case of 2,4,6-triphenylpyrylium

encapsulated inside large pore zeolitesInstituto de Tecnología Q

uímica, U

niversidad Politécnica de Valencia

Y. Paz

Towards preferential photodegradation: from

“Adsorb &

Shuttle” to nano-im

printing Departm

ent of Chem

ical Engineering and the Institute of C

atalysis, Technion-Israel Institute of Technology, Haifa, Israel

V. Maurino

Influence of TiO2

surface speciation on the photoproduction of active oxygen species D

ip. di Chim

ica Analitica, Università di Torino

M. Sangerm

anoU

se of UV light for the preparation of nanostructured polym

eric films

Dip. di Scienza dei M

ateriali e Ingegneria Chim

ica, Politecnico di Torino

Chiesa

“Dives in M

isericordia”

SEM im

ages of porous ETS-10 photocatalysts

The development of nanodevices for recording

the electrical activity of neurons, muscles and

endocrine cells is a key task that is expected toproduce

benefits for

basic science

andbiom

edical applications. Most of the presently

available devices

are m

ade of

metal

microelectrode

arrays (M

EAs) deposited

onglass. They allow

simultaneous recording of

action potentials (APs) from com

plex neuronalnetw

orks or

brain slices

(see below

).Alternative approaches rely on silicon-basedFETs of higher electronic perform

ance but with

several draw

backs including

low

bio-com

patibility.

70

TargetAim

of the Colloquium

was to discuss the state of the

art and future perspectives of functionalized solid-state nanodevices that can be used for inducing andrecording

electrical events

in neurons,

neuronalnetw

orks and brain slices, as well as the design and

construction of multifunctional “lab-on-chips” for

drug delivery,

cell m

anipulations w

ith optical

tweezers, recording of electro-optical events and

detection of released biomolecules

CELLS AND BIOM

OLECULES

ON N

ANOSTRU

CTURED SU

RFACESa cura di Em

ilio Carbone

June 29th, 2005

Introduction: A. Zecchina NIS Torino, G

. Gilardi D

BA, Torino

1st part - Micro-nano devices for electrical recordings and m

olecules detectionE. D

’AngeloR

ecordings of synaptic activity in brain slices using multi-electrode

arrays (MEA

) recordings INFM

, Pavia

S. VassanelliC

ell-semiconductor interfaces for ion channel recording and single-cell

genetic engineering Dept of P

hysiology, Padova

S. Martinoia

In-vitro neurons bi-directionally connected to a robotic body: investigation of the adaptive properties and learning m

echanisms of the netw

ork for robot control D

IBE, G

enovaE. W

ankeA

ction potential recordings with M

EAs: potentiality for investigating ion

channels roles in neural networks inform

ation processingD

ept of Biotechnology, M

ilano Bicocca

P. Ariano C

ell adhesion and recordings from hydrogenated diam

ond surfaces N

IS, TorinoF. Lehm

ann-Horn Voltage-sensor m

ovement disorders

Dept. of Applied P

hysiology, Ulm

, Germ

anyV. C

arabelliC

arbon fiber microelectrodes for detecting released biom

oleculesN

IS, Torino2nd part - N

anot echnologies applied to biologyL. B

usinaro N

anodevices for biological applications TASC, Trieste

F. Pirri

Nanotechnologies for designing novel biosensors

MM

L, Politecnico, Torino

A. Rossi

Porous silicon as substrates for biom

oleculesIEN

, TorinoA. P

asquarelli A

diamond-on-silicon device for patch-clam

p measurem

entsED

C, U

lm, G

ermany

E. Vittone Functionalised conductive diam

ond surfaces as substrates for bioelectrical recordings

NIS, Torino

C. B

arolo Fluorescent probes for cells-biom

olecules and solid-state surfaces interactions

NIS, Torino

Comm

erciallyavailable M

EAs

Peripheral

neurons grown on

MEAs (bottom

)com

mercially

available 60-electrode M

EA(left)

Nanostructured Si-FET chips are

used to

improve

the signal-to-

noise ratio of recorded APs. Theprinciple

is based

on the

capacitative voltage changes thatthe

gate (in

contact w

ith the

neuron) induces to the n-Si layerthrough the isolating SiO

2 film.

The voltage of the gate modulates the ISD

current flowing through the source and drain

regions producing signals proportional to theAP.

A promising approach to the detection and

stimulation of neuronal signals is expected

from

the fast

developing technology

offunctionalized diam

ond-based “lab-on-chips”(see below

), which offers high biocom

patibilityand excellent optical transparency

Detection of catecholam

ines released fromchrom

affin cells or peripheral neurons can bedetected as am

perometric spikes of 20-200 pA

using carbon-fiber electrodes of microm

etricdim

ensions (see below). R

ecent attempts from

the group of M. Lindau to detect catecholam

inesrely

on planar

arrays of

metallic

micro-

electrodes in contact with the secretory cell

71

ParticipantsThe

Colloquium

w

as follow

ed by

about 150

people, coming from

the Universities of Torino,

Milano, G

enova, Pavia, P

adova, TASC of Trieste,

I.E.N. and P

olitechnic of Torino and two guest

speakers from the U

niversity of Ulm

(Germ

any).A few

participants came from

the FIAT Research

Center of Torino and a num

ber of colleaguesfrom

the NIS C

enter of Torino.

Neurons on

silicon field-effect

transistors (FET)

Arrays of four P

t planardetectors on glassEach am

perometric event

corresponds to the fusionand content discharge ofa single secretorygranule (200 nmdiam

.) containing

Biom

olecules detection with carbon-fibers


IS

Extracellularrecordings frombrain slices onM

EAs


Actions

•Discussion on future EU

proposals and jointresearch projects in the field on nanobiotech-nology. Training of young researchers (P

hD and

PostD

oc) of

different backgrounds

(biology,chem

istry, physics, engineering) to discuss up-to-date

topics on

the application

of nano-

technologies to biological problems.

In this field more and m

ore interest is devotedto Fe-zeolites, and the elusive structure ofactive sites w

as the topic of Gloria B

erliertalk

and one of the subjects described by CarloLam

bertiw

ho gave an overview about XAFS

spectroscopy applied

on zeolitic

catalysts.Finally, the spectroscopic properties of Ti-sitesin

zeolites (elettronic

transitions) from

first

principles approaches have been described byG

loria Tabacchi.

The second section, opened by Vladimir B

.K

azanskyw

as m

ainly focused

on zeolitic

properties related to acid catalyzed reactions.The talks covered a broad area involving bothfundam

ental and applicative aspects with the

contributions of

speakers com

ing from

industries and academy. A

ngela Caratiand

Roberto B

uzzoni gave two significant overview

pointing out the central role of shape selectivityin the developm

ent of novel catalytic processesfor petroleum

refinery and petrochemistry and

underlying the need of fundamental know

ledgeabout reactions m

echanisms in order to allow

the improvem

ent of the actual process and theachievem

ent of new challenges. It has been

evidenced that laboratory results are only thefirst step tow

ards the identification of a new

catalyst suitable for comm

ercialization.

The need of development of new

processesable

to w

ork in

mild

conditions and

characterized by low environm

ental impact and

reduced waste has been strongly evidenced.

Conversion

of natural

gas to

liquidhydrocarbons

and the

development

of new

catalysts for environmentally friendly fuels has

been the topic of the talk given by Karl Petter

Lillerud, while M

aurizio Selvareported about

the high performances of N

a-Y zeolite for mono

metylation reactions w

ith DM

C in liquid phase

at T‹90 °C. It has been show

n that bifunctionalprim

ary am

ines react

only at

the am

inonitrogen. Further advantages are: no need ofadditional solvents, no by-products, recycle ofthe catalyst, m

ild reaction conditions. Finally,som

e contributions

have been

devoted to

describe the acidic properties of some very

comm

on zeolites and related materials. In this

area the talks given by Leonardo Marchese,

Edoardo Garrone, Silvia B

ordiga andClaudia

Busco, gave a broad overview

about availableapproaches,

in term

s of

experimental

andcom

putational techniques, to characterize theactive sites in term

s of number, distribution

and location. It has been shown that B

rønstedacidity due to the presence of fram

ework Al 3+

species is only one components of the large

family of acid sites. H

ydroxyls nests present indefects, sites present on the external surfacesof the m

icro crystals, Lewis sites (alkaline

cations and extraframew

ork Al 3+species) also

contribute to the final behavior of the catalyst.M

oreover it has been shown that activation and

regeneration procedures

strongly affect

thefinal m

aterial. The complexity of real system

sencourages the use of m

odel compounds and

to com

bine experim

ental data

andcom

putational ab-initio approaches.

73

ParticipantsThe C

olloquium w


coming

from

several different

groups of

theU

niversity of Torino and Piem

onte Orientale, from

foreign Universities or R

esearch Centers (O

sloU

niversity, P

alma

de M

ajorca U

niversity, ETH

Zürich, Valencia

University,

Ottaw

a U

niveristy,B

ucarest University) and from

industries relatedw

ith zeolites

(Polim

eri Europa,

EniTecnologie,TO

PSO

E, Süd Chem

ie). The participation of peoplecom

ing from industry w

as relevant to stimulate

the discussion.

Actions


ledge and practicalproblem

s as a starting point for future collaborationsalso

with

industries. P

lacing techniques

and experim

ental apparatus at industry’s disposal • Training of young researchers (P

hD and P

ost Doc)

coming from


Costs: 1000 Euro paid by N

IS • 1500 Euro contributed by ASP72

The opening lecture, given by Guido Saracco,

gave an overview on the current trends and key

challenges about the catalytic abatement of

nitrogen oxides. Together with oxides, Zeolite

catalysts seem to have chances of success in

the SCR

of NO

x with hydrocarbons, especially

as far as N2 O

is concerned. Regarding N

Odecom

position by hydrocarbons, the talk givenby B

lanca Wichterlova

evidenced the relevanceof Al location and consequently of cations (C

uand C

o) distribution in pentasil framew

orks(M

FI and BEA).

TargetAim

of the Colloquium

was to stim

ulate an opendiscussion am

ong people coming from

public andprivate research centers involved in the developm

entand use of zeolites in catalysis. Tw

o main field have

been considered:

redox catalysis

devoted to

NO

decomposition

and acidic

catalysis related

topetrolchem

istry and valorization of natural gas.

STATE OF THE ART IN

ZEOLITE CATALYSISa cura di Silvia B

ordigaO

ctober 28th – 29th, 2005

IntroductionA Zecchina, N

IS–Centre of excellence

Chairperson

Salvatore Coluccia, N

IS–Centre of Excellence and ASP

G. Saracco

Catalytic abatem

ent of nitrogen oxides: current trends and key challengesP

olitecnico di Torino

B. W

ichterlovaSC

R-N

Ox and N

O decom

position activity of Transition metal exchanged

zeolitesJ. H

eyrovsky Institute – Praga

G. B

erlierG

. Ricchiardi

The elusive structure of active sites in Fe-zeolites catalysts:recent studies and perspectives

NIS–C

entre of excellenceC

hairperson C

. Otero Areàn U

niversitat de les Illes Balears

V.B. K

azansky Intensities of IR

bands of adsorbed molecules as a new

spectral criterion of their chem

ical activationR

ussian Academy of Science

L. Marchese

A rational design for tuning the acidity of m

olecular sievesU

niversità del Piem

onte Orientale – N

IS–Centre of Excellence

M. Selva

Highly Selective R

eactions of Dim

ethylcarbonate in the Presence of A

lkali M

etal Exchanged FaujasitesU

niversità Ca’Foscari, Venezia e IN

CA

Chairperson

E. Giam

ello – NIS–C

entre of ExcellenceA. C

arati Industrial application of zeolites: role of shape selectivity

EnitecnologieR

. Buzzoni

Zeolites in petrochemistry: process im

provements and new

challengesP

olimeriEuropa

E. Garrone

Brønsted sites of m

oderate acidity in zeolitic and amorphous

aluminosilicates

Politecnico di Torino

C. Lam

bertiXA

FS spectroscopy applied on zeolitic catalysts: limits and perspectives

NIS–C

entre of excellenceC

hairperson G

. Spoto – NIS–C

entre of ExcellenceG

. Tabacchi Spectroscopic properties of Ti-sites in zeolites from

first principles approaches

Università dell’Insubria

C. B

usco Lew

is/Brønsted acidity in (high silica) zeolites: a m

icrocalorimetric and

computational ab-initio study

NIS–C

entre of excellenceK

. P. Lillerud U

nderstanding the reaction mechanism

in Zeolite catalysis - Impact on

catalyst designU

niversitt Oslo

S. Bordiga

Characterization of acidity properties of zeolities Y in relation w

ith fram

ework stability and catalytic activities

NIS- C

entre of ExcellenceA. Zecchina

Presentation of N

ATO Science for P

eace programm

e project:P

hotocatalytic decontamination of neurotoxic and vesicant com

poundsN

IS- Centre of Excellence

PARALLEL SESSIO

NS

Kick-off m

eeting of NATO

Science for Peace program

me project

1)Photocatalytic decontam

ination of neurotoxic and vesicant compounds

Open discussions on tw

o hot subjects:2) Zeolites as alternative catalysts to conventional SC

R D

eNO

xdiscussion leader G

. Saracco, Politecnico di Torino

3) Acidic Zeolites in hydrocarbon transform

ationdiscussion leader C

.Otero Areàn, U

niversitat de les Illes Balears


After a short introduction given by Marcello

Baricco (N

IS), the first talk of the morning

session was given by Andreas Züttel (U

niversityof Fribourg, C

H) on "Fundam

entals of solidstate

hydrogen storage".

It w

as a

generaloverview

on

various aspects

of hydrogen

storage in different classes of materials. Petra

De

Jongh (University of U

trecht, NL) w

ith a talk on"H

ydrogen storage materials: from

nanoporousto nanoparticulate" has discussed the criticalrole

of nonom

etric particle

size and

microstructure

on hydrogen

absorption/desorption.

Rosario

Cantelli

(Università

diR

oma “La Sapienza”) presented recent results

based on anelastic spectroscopy. The hydrogenabsorption in thin film

s has been presented byN

ainesh P

atel (U

niversità di

Trento), w

hopresented

a talk

on the

role of

Nb

MgH

2storage properties.

Adriano Zecchina (NIS), has given an overview

on the

effect of

catalysts on

hydrogenabsorption/desorption phenom

ena. The main

results of

an Italian

project on

hydrogenstorage has been reported by M

ario Conte

(ENEA

, C

entro ricerche

Casaccia)

who

presented a talk on "Hydrogen Storage in m

etalhydrides for Fuel C

ell Vehicles: main results of

an Italian

project". G

iuseppe Spoto

(NIS)

presented recent

results on

"Probing

molecular

hydrogen storage

with

InfraredSpectroscopy"

and Silvia

Bordiga

(NIS)

discussed on "State of the art about molecular

hydrogen in MO

Fs". Recent applications on

hydrogen for car industry have been reportedby Alessandro G

ariglio (Centro R

icerche Fiat,Torino), w

ho presented a talk on "Current fuel

cells research

programs

at C

RF

and near

technology needs".

A. Zecchina P

resentazione del Progetto M

ISGI

M. B

ariccoA

ssorbimento/desorbim

ento di idrogeno in leghe e composti interm

etalliciG

. SpotoStoccaggio di idrogeno in form

a molecolare

E. Giam

elloInterazioni idrogeno-ossidi

F. TrottaM

embrane conduttrici protoniche per celle a com

bustibileS. B

ertarione P

alladio altamente disperso in m

atrici zeolitiche, ruolo nell'adsorbimento

dell'idrogenoM

. Di C

hioA

ssorbimento di idrogeno in com

posti intermetallici a base M

gJ. Vitillo

Modelli quantom

eccanici per la descrizione dell'interazione dell'idrogeno m

olecolareL. R

egliP

roprietà di materiali ibridi organici-inorganici: i M

OFs

D. C

ocinaStudio spettroscopico dell'interazione di H

2in zeoliti

75

ParticipantsThe C

olloquium w


coming

from

several different

groups of

theU

niversity of Torino and from other Italian U

niversityor R

esearch Centers (P

olitecnico di Torino, Università

del P

iemonte

orientale, U

niversità di

Milano,

Università di M

ilano-Bicocca, U

niversità di Genova)

and from industries interested to hydrogen (H

ysyLab, C

entro Ricerche Fiat, P

irelli Labs, Edison).

Actions

• Sharing of techniques and experimental apparatus

• Exchange of results• Training of young researchers (P

hD and P

ostDoc)

coming from

the different laboratories

MO

F-5

74

The first seminar of the “N

IS Colloquia” Series

was dedicated to H

ydrogen research at NIS.

The seminar, initially intended as an internal

meeting for the coordination of the research

activities in the different labs, obtained such asuccess and broad participation from

otherinstitutions, that it w

as indeed the stimulus to

transforming

the N

IS C

olloquia into

opennational and international sem

inars, as theynow

are.

About one year later, a second seminar on

hydrogen w

as organized,

now

with

international breadth.

Here,

we

report the

program of both sem

inars, and the minutes of

the recent one only.

TargetA

im

of the

colloquium

was

the presentation

ofcurrent state-of-the-art on the hydrogen storage.D

ifferent materials have been considered, ranging

from

metal

hydrides, m

esoporous m

aterials and

complex

hydrides. E

ither experim

ental and

theoretical aspects of hydrogen storage have beendiscussed.

Financial supportThe m

eeting was free of charge. ASP

has providedfinancial support

NAN

OSTRUCTU

RED MATERIALS

FOR HYDROGEN

STORAGE: ROLE OF SU

RFACES AND IN

TERFACESa cura di M

arcello Baricco

July 5th 2004

a cura di Marcello B

aricco e Gabriele R

icchiardiN

ovember 17th, 2005

Introduction M

. Baricco – N

IS-Centre of excellence, Torino

A. Züttel Fundam

entals of solid state hydrogen storageU

niversity of FribourgP. D

e Jongh H

ydrogen storage materials: from

nanoporous to nanoparticulateU

niversity of Utrecht

R. C

antelli D

ecomposition m

echanisms and reversibile hydrogen release in alanates

Università di R

oma “La Sapienza”

N. P

atel Structural characterization and hydrogen desorption from

Nb-doped

magnesium

hydride films

Università di Trento

IntroductionG

. Ricchiardi – N

IS-Centre of excellence, Torino

A. Zecchina The role of surfaces in hydrogen storage

NIS-C

entre of excellence, TorinoM

. Conte

Hydrogen Storage in m

etal hydrides for Fuel Cell Vehicles: m

ain results of an Italian project

ENEA, C

entro ricerche Casaccia

G. Spoto

Probing m

olecular hydrogen storage with Infrared Spectroscopy

NIS C

entre of excellence, TorinoS. B

ordigaState of the art about m

olecular hydrogen in MO

FsN

IS Centre of excellence, Torino

P. Delzanno

Current fuel cells research program

s at CR

F and near term technology

needsC

entro Ricerche FIAT, Torino


Lennard-Jones potential

H2

storage in nanoporous materials

SGS Tank

Role of Ti in N

aH in hydrogen activation

Fiat Panda H

ydrogenM

OF-5

Mg-La-N

i

The subject of nanostructured titanium dioxide

prepared by

cluster beam

deposition

was

illustrated by Paolo Milani

(Univ. M

ilano) who

stressed the exciting applications of the layersobtained

by this

method

in the

field of

biosensors.

The world of Surface Science on w

ell definedsingle

crystal faces

was

represented by

Thomas R

isse(B

erlin) who presented recent

and very

innovative results

on the

widely

discussed surface

color centres

on M

gOconsisting in the sim

ultaneous investigation ofthe centres by STM

and EPR

. Paola Luches,(C

NR

-INFM

M

odena) presented

a thorough

structural investigation on the interaction ofiron at the surface of M

gO and N

iO (001).

Com

plementary

results on

NiO

layers

deposited on Pd single crystal faces, elaborated

by state

of the

art D

FT calculations

were

presented by Cesare Pisani

and Anna M

ariaFerrari (Torino).

Model

systems

of ionic

oxides but

inpolycrystalline form

were discussed by O

liverD

iwald (TU

Wien) w

ho reviewed the optical

properties of

nanostructured alkali

earthoxides

with

particular em

phasis on

mixed

MgO

-CaO

solids. A non secondary aspect in thisN

IS-NO

S II was covered by the reports on

semiconducting

oxides interesting

for their

properties as catalysts, sensors or for theirphotoactivity.

Stefano Fabris

(Trieste)presented

a thoughtful

contribution on

aextrem

ely important oxide (C

eO2) aim

ing toindividuate the basic reason of its peculiaractivity as oxygen reservoir in catalytic pots forautom

obile exhaust. Giovanna G

hiotti (Torino)gave a lecture on her activity of investigation viaIR

and

UV-vis

spectroscopies w

hile Maria

Cristina Paganiniand Sandro U

sseglio Nanot

described the attempts to prepare variously

doped systems based on titanium

dioxide. Inthis latter case recent results leading to theindividuation of the photoactive species in Ndoped

Titanium

dioxide w

ere presented

(Paganini) while U

sseglio described an originalm

ethod for doping the solid with iodine.

Other contribution (B

arbara Bonelli, Politec-

nico di Torino and Enrica Gianotti, N

IS) were

devoted to catalytic activity of oxide systems in

various industrial reactions.

Three leading scientists in the field accepted tochair the Sections of the C

olloquium w

hichstarted in the afternoon of M

arch the 23th andended on 24th at noon. They are H

ans-Joachim

Freund(D

irector of the Fritz-Haber Institut,

Max

Plank

Gesellschaft

Berlin), G

ianfrancoP

acchioni (D

irector of

the D

epartment

ofM

aterial Science, Milano B

icocca) and SergioValeri (U

niversity of Modena and C

NR

-INFM

).The

Colloquium

w

as opened

by a

shortintroductory presentation of the organizer (ElioG

iamello, N

IS)


ParticipantsThe C

olloquium w

as followed by nearly 100 persons,

coming from

various groups of the University of

Torino, from other Italian U

niversities (Milano, M

ilanoP

olitecnico, M

ilano B

icocca, P

iemonte

Orientale,

Modena, P

adova, Genova) and from

various publicresearch institution (C

NR

) and private companies.

Actions

•Discussions on possible joint project including

EC projects.

Surface oxygen vacancies observed by STM and

EPR

on single crystalline MgO

film (M

. Sterrer,Fischbach, T. R

isse, H.Freund P

RL 2005

Local structure of surface and subsurfaceoxygen vacancies on C

eria.(Esch, Fabris, Fornasiero et. al SC

IENC

E2005)


IS

76

TargetThe second edition of the C

olloquium aim

ed to grouptogether Italian and selected European scientistsw

orking in the field of the surface properties of metal

oxides, an area characterized by the deep and fruitfulinteraction

between

experimentalist

andtheoreticians. Follow

ing the line defined one yearbefore in the first N

IS-NO

S Colloquium

the focus was

put on

the

approaches and

the results

ofexperim

entalists working on single crystal faces or

on ultrathin

oxide layers

epitaxially grow

n on

asupport (Surface Science) w

ith those of the classicsurface

chemistry

performed

on polycrystalline

systems. The role of point defects at the surface or in

the bulk of oxides in determining the electronic

properties, the reactivity and the photoactivity of thew

hole system

w

as particularly

discussed in

thissecond edition.

NAN

OSTRUCTU

RED OXIDE SURFACES II

a cura di Elio Giam

elloM

arch 23rd and 24th 2006

E. Giam

ello, Università di Torino e N

IS IntroduzioneC

hair: H. J. Freund (Fritz-H

aber Institut, Berlin)

P. Milani

Transition metal oxide film

s generated via cluster beam deposition.

Applications in the fields of sensors and m

olecular biology. D

ipartimento di Fisica, U

niversità di Milano

C. D

i ValentinM

etal atoms as local probes of the m

orphology and basicity of alkaline-earth oxide surfaces. D

ipartimento di Scienza dei M

ateriali, Università di M

ilano-Bicocca.

C. P

aganiniP

hotosensistivity of paramagnetic centres in N

doped TiO2

Dip. di C

himica IFM

e NIS, U


. Ghiotti

Semiconductor m

etal oxides: electronic properties and surface chem

istry of powders and film

s studied by IR and U

V-Vis spectroscopy.D

ipartimento di C

himica IFM

e NIS, U

niversità di TorinoB

. Bonelli

Spectroscopic characterization of vanadyl phosphate catalysts, supported on alum

ina or titania oxides, for oxydative dehydrogenation reactions. D

ip. di Scienza dei Materiali e Ingegneria C

himica, P

olitecnico di TorinoP. Luches

Structural investigation of Fe on NiO

(001) and MgO

(001) surfaces. CN

R-

INFM

S3, Modena

Chair: G

ianfranco Pacchioni U

niversità di Milano B

icoccaT.R

isse A

combined EP

R and STM

/STS approach to investigate color centres and their interaction w

ith metal atom

s on thin films M

gO(001)

Fritz-Haber-Institut der M

ax-Planck-G

esellschaft Berlin

C. P

isani Theoretical characterisation of stoichiom

etric and non stoichiometric

phases of NiO

on Pd.D

ip. di Chim

ica IFM e N


E. Gianotti

Ti(IV) centres grafted on siliceous materials: spectroscopic and catalytic

properties. Dipartim

ento di Chim

ica IFM e N

IS, Università di Torino.

P. Fornasiero N

anostructured CeO

2based catalysts. H

ow “innocent” is the support?

Dipartim

ento Scienze Chim

iche Università di Trieste

O. D

iwald,

Optical Surface P

roperties of MgO

, Ca

(x) Mg

(1-x) O and C

aO N

anocrystalsInstitute of M

aterials Chem

istry Vienna University of Technology, W

ienS. U

sseglio NanotTitanium

dioxide containing color centres having molecular character

Dipartim

ento di Chim

ica IFM e N


W. Paulus

discussed the room tem

peratureoxygen

ion conduction

in low

dim

ensionalperovskite-type

oxides. H

e reported

theelectrochem

ical oxidation

of SrC

oO2.5 ,

toSrC

oO3

investigated in

situ by

neutrondiffraction (ILL, LLB

) and by XAFS (ESRF). M

.Johnson com

pared the structural, vibrationaland electronic properties of defective oxidesobtained

by ab

initio m

ethods w

ithexperim

ental results from neutron diffraction,

inelastic neutron scattering and Ram

an data. T.B

erthier described the growth of single crystal

of (Sr,Ca)FeO

3-dby im

age furnace and theirstructural

characterization by

neutrondiffraction (FR

M-2, D

).

A. A

gostinoopened the talks devoted to H

TSCoxides. H

e gave an extensive introduction to thephenom

enology of

superconductivity and

adeep insight in the grow

th technique of YBC

Oand B

SCC

O w

hisker-shaped crystals. The ionicand O

mobility evidenced by experim

ents at theESR

F synchrotron has been discussed. Y. I.Latyshev,

summ

arized the

results on

thedynam

ics of

the inter-layer

vortex m

otion.R

esults w

ere also

obtained on

FIB

nano-lithographied

whiskers.

E. Silva

and A

.R

igamonti

exposed several important results

on a wide variety of H

TSC system

s and onM

gB2 .

E. Silva

reported about

theelectrom

agnetic properties of thin films in the

microw

ave regime. A. R

igamonti explained the

different behaviors

between

fluctuatingdiam

agnetism

in heterogeneous

andhom

ogeneous system

s. L.

Pellegrino

introduced the PLD

growth technique for the

SrTiO3-d

thin films and the local nano oxidation

technique via AFM.

Several examples of field effect transistors w

ithdifferent geom

etries both in SrTiO3-d

and inLa1-x Srx M

nO3

systems have been illustrated.

M.

Truccato,closed

the colloquium

by

discussing the role of purely quantum effects in

the paraconductivity in BSC

CO

whiskers using

an advanced Ginzburg-Landau m

odel for theinterpretation of the experim

ental resistancevs. tem

perature data.

79

Actions

• Starting

meeting

of the

PR

IN

project on

fluctuations in heterogeneous superconductorssubm

itted in May 2006 by the P

avia, Torino,M

ilano units. • M

eeting between Torino, ILL (G

renoble) andR

ennes-1 on

the vibrational

properties of

defective oxides investigated by INS, R

aman and

ab initio calculations. • O

ne joint PhD

between Torino and R

ennes-1 (T. B

erthier).• P

lanning of exchange of PhD

and Post-D

oc.• P

lanning of new experim

ents with neutrons

and synchrotron

sources. (vi)

Starting of

aEuropean M

aster in Materials Science (Torino &

Rennes-1) 2006/07.

Costs: 1200 Euro (by N

IS)1500 Euro (by ID

ECAT)

78

The colloquium w

as opened by C. Lamberti

with a brief overview

on the invited speakersand

their talks,

followed

by the

NIS

presentation by A. Zecchina.

The opening lecture was given by M

. Takano.H

e presented

the advanced

synthesistechniques used in his group in Kyoto: singlecrystal grow

th at high pressure (5GPa, 1000˚C

);film

grow

th using

laser ablation;

micro-

fabrication using photolithography. M. Takano

reviewed the electric and M

agnetic propertiesof Sr(Ti,Fe)O

3-d , Ca(Ti,Fe)O

3-d , (La,Sr)CuO

2.5 ,

BiC

oO3 ,

PbVO

3and

PbTiO

3system

s,discussing the relevant problem

of the possiblepresence

of ordered

vacancies in

defectiveoxides

reporting XR

D

and M

össbauer data

(topic also

faced by

W.

Paulus).

Photolum

inescence of Ar-irradiated SrTiO3

hasbeen discussed.

TargetAim

of the Colloquium

was to stim

ulate an opendiscussion am

ong scientists coming from

differentEuropean and Japanese universities involved in thestudy of a com

plex class of materials such as the

non-stoichiometric oxides. The aspects of (i) crystal

growth;

(ii) m

aterials characterization,

bothexperim

ental and ab initio; (iii) applications havebeen addressed. The investigated m

aterials may be

classified in

oxides for

O

storage (relevant

forbatteries and fuel cells) and in high tem

peraturesuperconducting (H

TSC) oxides.

NON

STOICHIOM

ETRIC OXIDES: GROW

TH, PROPERTIES,

CHARACTERIZATION

AND APPLICATION

SA cura di Angelo Agostino, C

arlo Lamberti e M

arco Truccato M

ay 12th 2006

C. Lam

berti, Università di Torino e N

IS IntroductionM

. TakanoEffects of O

xygen Deficiency in SrTiO

3(shallow

d) and SrFeO3

(deep d) Lab. of Advanced Solid State C

hemistry, Inst. for C

hemical R

esearch, K

yoto University, Japan

W. P

aulusStructural exigencies and reactivity of solids: low

temperature oxygen ion

conduction in low dim

ensional perovskite-type oxides M

agistère Matériaux, U

niversité de Rennes 1, France

M. Johnson &

H. SchoberA

b initio modeling of structural, vibrational and electronic properties of

defective oxides Institut Laue-Langevin (ILL), Grenoble, France

T. Berthier

(Sr,Ca)FeO

3-x : Crystal grow

th structure analysis and chemical reactivity

Université de R

ennes 1, France & U

niversità di Torino e NIS.

A. AgostinoD

iscussion on superconducting properties of non-stoichiometric cuprates

whiskers

Università di Torino e N

ISY. I. Latyshev

Interlayer tunneling spectroscopy and dynamics of Josephson vortex

lattice in Bi2 Sr

2 CaC

u2 O

8+x Russian Academ

y of Science, Institute of R

adioengineering and Electronics, Moscow

,Russia.

E. SilvaM

icrowave properties of superconducting copper oxides

Università di R

oma 3, Italy

A. Rigam

onti Superconducting fluctuating diam

agnetism versus precursor

diamagnetism

in heterogeneuos superconductorsU

niversità di Pavia, Italy

L. Pellegrino

Electric Field Effect and Magnetic N

anodevices made of Functional O

xides fabricated by A

FM Lithography

CN

R-IN

FM-Lam

ia, Genova, Italy

M. Truccato

Electric conductivity properties of superconducting perovskitic m

icrocrystals Università di Torino e N

IS


ParticipantsP

rofessors, researchers and PhD

students fromR

ennes-1 (F), Grenoble (F) M

oscow (R

u), Kyoto

(Jpn) had

the opportunities

to m

eat Italian

colleagues coming from

Pavia, M

ilano, Rom

a,G

enova and Torino. More than 35 P

hD students in

Materials

Science, P

hysics, C

hemistry

andEngineering have attended the event.

IL QUADRO ECONOMICO

8081

ILQ

UA

DR

OEC

ON

OM

ICO

di Silvia Bordiga

Il Progetto “N

anostructured interfaces and surfaces” presentato al termine del 2001 prevedeva

investimenti per 5.000.000 di Euro così ripartiti:

Risorse disponibili com

e cofinanziamento:

Università di Torino

250.000D

ipartimenti

786.000Finanziam

ento richiesto al MIU

R:

3.964.000

La somm

a complessiva risultava così ripartita nelle seguenti voci:

Adeguamento strutture:

50.000M

ateriale inventariabile:2.700.000

Consum

o:800.000

Personale:

1.040.000M

issioni230.000

Altro:180.000

Il progetto è stato selezionato a fine 2003 e, malgrado avesse ricevuto giudizi estrem

amente

positivi anche dal punto della programm

azione delle spese ed investimenti, ha subito una

decurtazione di più dei 2/3 del finanziamento richiesto. Il finanziam

ento accordato è stato di soli1.540.000 Euro per il triennio 2004-2006.

A fronte di questa riduzione di fondi, il Consiglio scientifico del N

IS ha dovuto fin da subitom

odificare il piano delle attività. Due sono state le azioni intraprese:

• rivedere consistentemente la previsione di spesa e di investim

enti, privilegiando le spese dim

edia e piccola entità e le spese che si riferivano ad un completam

ento di strumentazioni già in

via di acquisizione;

• intraprendere con determinazione una azione rivolta al recupero di nuove risorse attraverso i

canali di finanziamento ordinario e straordinario degli enti locali, nazionali europei, tram

ite lefondazioni bancarie e, non ultim

o, attraverso l’offerta alle imprese.

A partire dal termine del prim

o e nel corso del secondo anno di attività del Centro N

IS, gli afferential C

entro, sia presentando progetti autonomi (con affiliazione N

IS) sia organizzando veri e propriprogetti com

uni su specifiche tematiche, hanno ottenuto nuovi finanziam

enti provenienti da: i) Fondazione S. Paolo, ii) R

egione Piem

onte, iii) MIU

R e iv) C

omunità Europea.

La documentazione che segue si propone di illustrare in m

aniera sintetica ma puntuale le spese

e gli investimenti effettuati nel corso dei prim

i due anni di attività del Centro e le risorse che sono

state acquisite nel corso di questi primi anni di attività.

Particolarmente rilevante, sia dal punto quantitativo che strategico è il contributo accordato dalla

Com

pagnia di San Paolo, che amm

onta a 1.200.000 Euro per il triennio 2005-2007. Il contributoperm

ette il completam

ento del piano originale di acquisizioni strumentali, ed un sostanziale

increnmento della dotazione di funzionam

ento del centro. Esso costituisce anche la principalefonte di finanziam

ento (allo stato attuale) del quarto anno di esercizio del centro, cruciale alloscadere del finanziam

ento ministeriale.

ILB

ILAN

CIO 2004 - 2005

Allo stato attuale il Centro N

IS non redige un bilancio proprio, ma partecipa al bilancio del D

ipartimento

di Chim

cia IFM, che ne svolge tutte le funzioni am

ministrative. La rendicontazione econom

ica è tuttavianecessaria per ragioni di program

mazione e per la rendicontazione ai diversi enti finanziatori.

Riportiam

o nelle tabelle seguenti la rendicontazione relativa ai due principali finanziamenti accordati:

quello ministeriale ed il C

ontributo della Com

pagnia di S. Paolo.

Per quanto riguarda le entrate, esse si compongono, oltre che dei due contributi sopra citatati, di un

notevole numero di altri contributi ottenuti attraverso la partcipazione a bandi di finanziam

ento diprogetti di ricerca. I principali contributi di questo tipo sono illustrati nell'apposita tabella. Infine,un'ulteriore fonte di finanziam

ento deriva dai contratti con aziende private, per lo svolgimento di

ricerche e servizi di misura. I dati econom

ici relativi a queste collaborazioni sono disponibili a richiesta.

ENTR

ATEFonteM

inisteroU

niversitàD

ipartimento

Totale

Adeguam

ento strutture

Materiale inventariabile

Materiale di consum

o

Personale

Missioni

Altri costi

Totale Uscite

Avanzo

I anno480.000

93.700281.200854.9000

656.200

62.660

96.145

24.33216.933

856.270-1.370

descrizione

Up-grade sistem

a XPS-

ESCA, C

ompletam

etnoM

icro Ram

ancofin. M

icrobilancia;Tensiom

etroSpettrofluorim

etro;M

icroscopio AFMC

luster Multiprocessore

CATLAB

Spese di manutenzione per

le 5 lineeR

eagenti e materiali

Inizio contratto tecnico EPAvvio ass.ricerca biennaliB

orse di studio N

umero contratti avviati: 10

Spese per materiale illu-

strativo NIS colloquia;

Sponsor IWO

X 4; Spese gen. e di segreteriaSpese di viaggi e m

issioniper attività di prom

ozionedel centro

II anno480.000

480.000

20.132

47.668

110.175

59.618

206.963

27.9897.455

480.0000

descrizione

Strum. per i Lab. C

omuni:

pressa; deionizzatore H2 O

macchina per il ghiaccio

stufa per sintesi; muffola

forno tubolareLavori edili, im

pianti edarredi per i nuovi laboratoridi Via M

ichelangelo 32M

ultiprocessore C

ompletam

ento Micro

Ram

anAccessori perm

icrobilancia

Spese di manutenzione

Reagenti e m

at. diconsum

oC

ontratto tecnico EPB

orse di studioN

umero C

ontratti: 18


strativo NIS colloquia

Spese gen. e di segreteriaSpese di viaggi e m


ozionedel centro

III anno480.000

480.000

45.000

200.000

56.000

140.000

24.00015.000

480.0000

descrizione

Glove box

Cofinanziam

ento EPR

Spese di manutenzione

Reagenti e m

at. diconsum

oC

ontratto tecnico EPB

orse di studioN

umero contratti:


strativo NIS colloquia

Spese gen. e di segreteriaSpese di viaggi e m


ozionedel centro

ENTR

ATE

REN

DIC

ON

TO A

VALER

E SUL FIN

AN

ZIAM

ENTO

MIN

ISTERIA

LE(e relative quote di cofinanziam

ento dell’Ateneo)

REN

DIC

ON

TO A

VALER

E SUL C

ON

TRIB

UTO

DELLA

CO

MPA

GN

IA D

I SAN

PAO

LOLa tabella riporta la destinazione del contributo accordato dalla C

ompagnia di San P

aolo, come deliberato dal C

onsiglioscientifico del C

entro secondo le direttive dell'ente finanziatore. Si noti come il contributo sia stato utilizzato in m

odosinergico rispetto ai fondi acquisiti attraverso il B

ando Regionale R

icerca Applicata (vedi tabella seguente), che richiedevauna quota di co-finanziam

ento di ciascun progetto da parte dell'ente proponente. Vedi anche la sezione “Sistema

Regionale della R

icerca” al capitolo “Ricerca”.

USCITE

Voci di spesaAllestim

ento dei laboratori estrum

entazioneSpese di funzionam

entoB

orse di studio e contratti

Allestim

ento dei laboratori e strum

entazione

Totale Spese di funzionam

ento

Totale B

orse di studio e contratti

Totale

Importo

700.000

150.000350.000

200.00050.00040.00048.00035.00031.000

9.00010.000

3.0006.000

60.00012.00010.000

30.00020.00020.000

116.000700.000

10.000140.000150.000

90.000

215.00045.000

350.000

Cofinanziam

ento Microscopio Elettronico TEM

Cofinanziam

ento progetto regionale Prof. B

attezzatiC

ofinanziamento progetto regionale P

rof. Baricco-Spoto

Cofinanziam

ento progetto regionale Prof. M

orterra e Carbone

Cofinanziam

ento progetto regionale Prof. B

ussolino-Bordiga

Upgrade di un apparato per C

hemical Vapor D

eposition C


rof. Ghiotti

Cofinanziam

ento progetto regionale Prof. Zecchina

Cella per irraggiam

ento materiali P

rof. Benzi

Accessori per microscopio AFM

Prof. M

anfredottiC


rof. Carbone

Attrezzatura per alto vuoto per misure XAFS

Cofinanziam

ento progetto regionale Prof. Volpe-O

perti

in fase di definizioneC


rof. Baricco-Spoto (II tranche)

Strumentazioni per nuovo laboratorio di Sintesi idroterm

aliStrum

entazione per il nuovo laboratorio chimico e strum

entaleB

anco ottico Ram

an e FTIR per il nuovo laboratorio

Spese per attività di trasferimento tecnologico e dissem

inazione Prof. C

olucciaAltre spese di funzionam

ento: mat. di consum

o, servizi esterni, viaggi e missioni.

Assegni di ricerca, borse di studio interamente o parzialm

ente a carico del NIS in

corso di svolgimento

Borse di studio e contratti da assegnare

Contratto ex art. 19 (ricercatori a contratto) in corso di svolgim

ento

ENTR

ATE

USCITE approvate nel 2005-2006

Redazione a cura di:

Silvia Bordiga

Ugo Finardi

Gabriele R

icchiardi

[email protected]

Grafica:

Orange zer021

ww

w.orange021.com

Quota am

m.da N

IS

32,00000

350,000

153,00000

611,000

488,000

208.7740

155,677

276,700

43,765

158,700

182,400

90,000

80,000

21,200

10,680

16,000

2.877.896

Costo prog.

307,000

600,000

155,000

2,200,000

2,698,000

302,700

302,700

96,700

247,700

276,700

158,700

240,000

260 000

210,000

16,000

Periodo

2005-2007

2004-2008

2006-2010

2006-2008

2003-2006

2005-20102000-2006

2005-2008

2005-2007

2005-2008

2005-2008

2005-2008

2005-2008

2005-2008

2005-2008

2005-2008

2005-2008

2005-2008

2005-2008

2005-2008

2005-2008

2006

Titolo del progetto

Photocatalytic decontam

ination ofneurotoxic and vescicant com

poundsO

rganic Synthesis with zeolites:

Activation of CO

2and of organic

carbonates for fine chemicals.

Molecular Engineering of Interfaces of

Photonic D

evices based on Mesoscopic

Oxide layers

New

Metal O

rganic Framew

orks for Industrial ApplicationsIm

munoprobes for food

contamination analysis

Com

plex Metallic Alloys

Dem

ixing in Cu-C

o alloys

Matrici di m

icrocombustori ad idrogeno

Sviluppo di Micro fuell cells a m

etanoloed etanolo diretto per applicazioni portatili

Sistemi a base di C

arbonio nanostrut-turatoper applicazioni industrialiB

iosensori e interazioni neuroni-superfici nanostrutturateStudio per la realizzazione di un dispo-sitivo SQ

uID basato su nanogiunzioni

Josephson intrinseche in materiali

superconduttori ad alta TcP

rocessi di sintesi, proprietàm

eccaniche, applicazioni di legheam

orfe e nanostruturateM

ateriali nanostrutturati biocompatibili

per applicazioni biomediche

Arrays cellulari e molecolari basati su

materiali nanostrutturati fotoattivi

Materiali polim

erici nanostrutturati per la fabbricazione di m

embrane e

coatings funzionaliM

ateriali innovativi per l'im

magazzinam

ento di idrogenoStudio per il m

iglioramento di sistem

ielettrodici (M

EA) per fuel cell a bassatem

peraturaM

odellizzazione in silico di circuiti disegnale intracellulari che regolano la form

azione del sistema vascolare.

Sviluppo di compositi idrossiapatite/

zirconia nanostrutturati e funzional-m

ente graduati per impianti ortopedici

Biosensori M

EMS e N

EMS integrati per

analisi genomica, proteom

ica e m

olecolare

Responsabile/i

Adriano Zecchina

Adriano Zecchina

Guido Viscardi

Silvia Bordiga

Salvatore Coluccia

Livio Battezzati

Livio Battezzati

Salvatore Coluccia

Salvatore Coluccia

Adriano Zecchina

Emilio C

arbone

Paolo Volpe

Livio Battezzati

Claudio M

orterra

Salvatore Coluccia

Oscar C

hiantore

Marcello B

aricco

Palo Spinelli (P

olitecnico)G

iovanna Ghiotti (D

ip. IFM-N

IS)

Federico Bussolino

Silvia Bordiga

Emm

a Angelini (Politecnico),

Salvatore Coluccia (N

IS)

Fabrizio Pirri (P

olitecnico),Salvatore C

oluccia (NIS)

Contratto C

OR

EP - D

iadi

Tipo di prog.

NATO

CO

ST

CO

ST

STREP

STREP

NoE

MAP

-ESA

FISR

SettoreN

anotecnologie

SettoreSviluppoSostenibile

Settore Salute

TOTA

LE

82

FINA

NZIA

MEN

TI OTTEN

UTIP

RO

GETTI R

EGIO

NA

LI Ricerca A

pplicata, Bando 2004

PR

OG

ETTI REG

ION

ALI R

icerca Applicata, B

ando 2005

ALTR

I PR

OG

ETTI

PR

OG

ETTI NA

ZION

ALI

PR

OG

ETTI INTER

NA

ZION

ALI

ADRIANO ZECCHINA - NIS

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