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E' stato sviluppato un nuovo metodo di progettazione di leghe metalliche costituite da polveri nanometriche da utilizzare come nuove leghe di saldatura esenti da piombo, come nanoleghe per catalisi e per uso biomedicale. Il metodo adottato utilizza sia l'approccio computazionale che quello sperimentale (esperimenti mirati).

L'obiettivo è ampliare la conoscenza dei fenomeni e delle proprietà di particelle metalliche su scala nanometrica per progettare materiali attraverso il controllo di composizione e struttura allo scopo di ottimizzarne le proprietà finali. Nell'ambito di due progetti europei, i.e. COST531 e COST MPO602 sono state studiate le proprietà di interfaccia e di trasporto di alcune leghe binarie e ternarie ottenute da nanopolveri, appartenenti ai sistemi Ag-Cu-Sn (SAC) (sistemi di riferimento) e nuovi saldanti a base Sn con aggiunte di nanoparticelle (NPs) metalliche quali ad es. Bi, Sb, Co, Ni, Zn, Ge, Ag, Au. Negli ultimi anni la ricerca è stata estesa allo studio di nanoleghe per catalisi (Ag-Pd, Mg-Pd, Cu-Pd, Cu-Pt, Ni-Pt,..) ed alle nanoleghe con applicazioni in campo biomedico (Ag-Au, Ag-Cu, Co-Cr, Ni-Ti, Ti-Al-V). I modelli e metodi usati per l’ottimizzazione e la progettazione dei sistemi metallici sopranominati sono stati sviluppati nell'ambito della termodinamica, cinetica e meccanica statistica.

  • TEM imagini di Bi–Sn CR_H campione contenente 2 fasi: (a) chiaro - singole NPs, (b) scuro - singole NPs, (c) chiaro - agglomerati di NPs, (d) scuro - agglomerati di NPs.
  • Curves di calore di Co (blue) and Ih (rosso) con 309 atomi, per la nanolega CuPt 1 : 1. Energia potenziale (eV) è calibrata tenendo conto del suo valore E0 che corrisponde ad una struttura a 0 Kelvin. Ih struttura subisce i cambiamenti strutturali a temperatura di circa 800 K.
  • Tramite il metodo CALPHAD Modellizzazione termodinamica dell'abbassamento del punto di fusione di Cu, Pt e di nanolega bimetallica CuPt con la composizione 1:1. Linea sottile indica i punti indica il limite di fusione (bulk) per metalli puri e loro lega

Lo studio teorico comprende: il calcolo dei diagrammi di fase di sistemi costituiti da nanoparticelle nonché la modellizzazione delle loro proprietà di superficie, applicando il metodo CALPHAD; il calcolo delle proprietà di superficie (tensione superficiale), delle proprietà fisico - chimiche di trasporto in fase liquida e/o solida (viscosità, diffusività, compressibilità e resistività elettrica), dei principali fenomeni di superficie (assorbimento, segregazione) nonché delle funzioni microscopiche, quali la fluttuazione concentrazione-concentrazione nel limite delle onde lunghe, il parametro di ordine a corto raggio (Waren-Cowley); modelizzazione dell'abbassamento della temperatura di fusione al diminuire delle dimensioni delle nanoparticelle unitamente al fenomeno della coalescenza (diffusione superficiale e/o Ostwald ripining) durante la fusione delle nanopolveri metalliche. Inoltre, usando il modello di Strohl-King e l'approssimazione quasi chimica (QCA) per le soluzioni regolari, è possibile analizzare gli effetti di superficie sull'attività catalitica. I risultati ottenuti per NPs (> 4 nm) sono paragonabili con quelli calcolati con i metodi della dinamica molecolare (MD).
E' possibile descrivere la permeabilità di gas attraverso le leghe solide basandosi sulla prima legge di Fick ed usando il metodo delle differenze finite. Il software è stato sviluppato nell'ambiente Matlab

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Bi-Sn NPs: Dimensioni di NPs vs. Tfusione a) Stagno; b) Bismuto; c) Diagramma di fase del sistema Bi-Sn per leghe di dimensioni nanometriche
  • KEYWORDS:
    nanosistemi metallici leghe per catalisi saldanti esenti da piombo leghe per uso biomedicale calphad modellizzazione termodinamica e cinetica proprietà termofisiche

  • PUBBLICAZIONI RECENTI:
    • S. Delsante, G. Borzone, R. Novakovic, D. Piazza, G. Pigozzi, J. Janczak-Rusch, M. Pilloni, G. Ennas
      Synthesis and thermodynamics of Ag-Cu nanoparticles
      Phys. Chem. Chem. Phys., 17 (2015), 28387-28393
    • F. Frongia, M. Pilloni, A. Scano, A. Ardu, C. Cannas, A. Musinu, G. Borzone, S. Delsante, R. Novakovic, G. Ennas
      Synthesis and Melting Behaviour of Bi, Sn and Sn-Bi Nanostructured Alloy
      J. Alloys & Compds., 623 (2015) 7-14
    • L. Pavan, F. Baletto, R. Novakovic
      Multiscale approach for studying melting transitions in CuPt nanoparticles
      Phys. Chem. Chem. Phys., 17 (2015) 28364-28371
    • D. Bochicchio, R. Ferrando, R. Novakovic, E. Panizon, G. Rossi
      Chemical ordering in magic-size Ag-Pd nanoparticles
      Phys. Chem. Chem. Phys., 16 (2014) 26478-26484

  • PROGETTI CORRELATI:
    • Actions COST 531 (2002-2007), COST MP0602 (2007-2011), COST MP0903 (2010-2014), COST TD1409 (2015-)

  • PRINCIPALI COLLABORAZIONI:
    • DCCI, Università di Genova
    • DIFI, Università di Genova
    • DSCG, Università di Cagliari
    • King's College, London
    • EMPA, Dübendorf