Moth-eye surfaces: antireflection nanostructures

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1 Moth-eye surfaces: antireflection nanostructures to increase efficiency Coordinamento Interuniversitario Veneto per le Nanotecnologie Le nanotecnologie al servizio dei Beni Culturali Diego Basset Alessandro Patelli, Simone Vezzù, Stefano Costacurta, Andrea Brunetin

2 Sommario Civen and NanoFab Trasferimento da altri settori Antiriflesso / Vetri Barriera trasparente flessibile Antigraffio Fotocatalitico Polimeri luminescenti Compositi cementizi Consolidanti pitture murarie La Carta Nuove proposte Conclusioni

3 Struttura societaria Univ. Padova Univ. Ca Foscari IUAV Univ. Verona CIVEN Coordinam. Interuniv. Veneto per le Nanotecnologie ecsin LaNN 5 anni NANOFAB Progetti di ricerca CIPE NanoFab Labs Finanziato da Regione del Veneto

4 CIVEN/NanoFab Dove

5 Cosa offre NanoFab Ricerca e sviluppo Formazione Prove e prototipi Strumentazione avanzata L accesso a NanoFab A. Acquisto di servizi offerti dalla NF, tipicamente per analisi e prove ma anche per le attività finalizzate alla realizzazione di prototipi una tantum B. Accesso ed utilizzazione delle apparecchiature direttamente da parte di ricercatori o tecnici delle imprese con l assistenza, ove necessario, del personale della NF C. Attuazione di progetti di ricerca e sperimentazione industriale in collaborazione impresa-nanofab anche con la partecipazione di ricercatori CIVEN

6 Campi di ricerca / Trasferimento tecnologico A. Ricoprimenti (PVD, PECVD, atmospheric plasma, sol-gel, cold spray) - Attivazione superficiale - Rivestimenti tribologica - Rivestimenti protettivi - Rivestimenti funzionali B. Materiali massivi modificati - Compattazione ad alta velocità / sinterizzazione da polveri in alto vuoto - Sintesi di polimeri nano-compositi C. Sensori e Biosensori - Sensori per il monitoraggio ambientale - Sensori per l industria alimentare - DNA Array - Diagnostica microbiologica

7 Antiriflesso / Vetri Moth eye Aria Vetro L inganno della luce < l luce

8 Tilt 5 Effetto moth-eye 30

9 Barriera flessibile trasparente (brevettato) Rivestimenti barriera su polimeri Food packaging Sensitive electronic components Medical supplies OLED requisiti Flessibile Trasparente resistente alle MW resistente al calore barriera a O 2, CO 2, H 2 O Permeability reduction Soluzione standard Multistrato organico / inorganico rivestimenti metallici SiO x, AlO x, TiO x, TCO Strato organico polimero acrilato DLC Strato inorganico alluminio o ossido materiali polimerici (silicone, polyimide, parylene, ) Il nostro approccio: 1 processo 1 precursore 100 / fold

10 Permeabilita alla CO nm nm nm Solubility-diffusion mechanism 50 nm BIF 65 conductance-limited diffusion between the barriers 1 1 G.L. Graff et al., JAP 2004, 96(4), 1840 Flessibilità incrementata

11 Piegatura 4 mm raggio di curvatura Linear strain of 3% 20 diadi 50 nm C 50 nm P Bagnato con acetone per esaltare le fratture 20 diadi 30 nm C 70 nm P Le fratture sono present ma l acetone non passa attraverso 20 diadi 15 nm C 85 nm P Le fratture non si propagano dritte attraverso il rivestimento 20 diadi 5 nm C 95 nm P

12 Film anossici Collaborazione con CIART Pellicola multistrato Pellicola con barriera plasma in vuoto Trasparente Compatibile con alimenti Assorbimento O 2 Non trasparente Non compatibile con alimenti + Assorbimento O 2

13 Antigraffio Resistente all abrasione per polimeri: automotive, adesivi, Protezione per rivestimenti decorativi: gioielli, piani cucina, Funzionale: Filtri UV, iridescenza, controllo energia di superficie, Transparente Processo a freddo Graffio con bisturi PVC Nanostrutture con lunghezza caratteristica inferiore ai 100nm non diffrangono la luce SiO 2 270nm SiO 2 270nm + nano

14 Antigraffio (brevettato) Con particelle Senza particelle

15 Iridescenza / trasparenza Ottima adesione Elevata resstenza al graffio Passaggio a plasma atmosferrico

16 Le particelle di ZnO inglobate nella matrice isolante inorganica non deteriorano il materiale sottostante Protezione UV

17 Struttura mesoporosa Percentage of stearic acid remaining Fotocatalitico surface chemistry surface composition crystal size porosity hydroxyl concentration surface morphology crystal phase TiO 2 SiO 2 TiO 2 UV-treated 4 h UV-treated 4 h T550 T500 T450 T TiO time (minutes)

18 Polimeri luminescenti / fosforescenti Indicazioni Pannelli esplicativi Fosfori a lunga durata

19 Fosfori micro e nanostrutturati Example of SEM image 10 µm Visible light UV light Materiali più utilizzati: 1. (Y, Gd) 3 Al 5 O 12 :Ce 2. SrS:Eu 3. Gd 2 O 2 S:Eu 4. CaS:Eu,Sm 5. SrAl 2 O 4 :Eu,Dy (long-lasting) Dark (after excitation)

20 Compositi cementizi Riduzione della Fragilità Totale/parziale eliminazione del rinforzo tradizionale Maggiore resistenza all impatto ed alla fatica Riduzione dello spessore degli elementi Più veloce e semplice applicazione Incremento della durabilità Riduzione delle fessure per ritiro Incremento della resistenza al fuoco

21 Fibre Metalliche /Fibra vetro / Polimeriche Compatibilizzazione con la matrice Ottimizzazione fibre Rivestimenti metallici Rivestimenti ceramici Funzionalizzazione Selezione materiale Studio interfaccia Nanocalci Additivi

22 Consolidanti pitture murarie Il nano è efficace? Nanocalce (NanoRestore ) UniFi Punti di forza: Aumento concentrazione solubile Grande sviluppo superficiale Buona permeabilità Affreschi della cappella del podestà al museo del Bargello a Firenze Pitture murali medievali ( XIII e XIV secolo) nella cripta di San Zeno a Verona Pitture maya di Calakmul (III-VI secolo), Messico Nanosilice UniVe Precursori metallorganici di calcio CNR - ICIS

23 NanoRestore Pitture murali medievali ( XIII e XIV secolo) nella cripta di San Zeno a Verona Dei, Salvadori, Arlango, Pietropoli, Scardellato; "Gli affreschi del XIII e XIV secolo nella cripta di San Zeno a Verona: la sperimentazione della nanocalce dispersa in alcool isopropilico durante l intervento conservativo" Atti del Convegno di Bressanone (2005)

24 Consolidamento della carta Tramite plasma in vuoto e plasma atmosferico Trattamento solo superficiale Base silice Duro, ma fragile Acrilato Ossigeno Carbonio Silicio

25 Nano-CaCO 3 / de-acidificazione (UniUD) Introduzione nanoparticelle di calcare nell intero volume del foglio per deacidificare manufatti cartacei al fine di: 1. consolidare un manufatto deteriorato 2. prevenire deterioramento Riserva alcalina ~7% CaCO 3 CAMPIONE Carta ossidata (RIF) ph superficiale hrs A (2.5%) hrs B (5%) hrs C (10%) 8.81

26 Linee progettuali presso CIVEN Sviluppo di sistemi nano-compositi polimerici a ridotto impatto ambientale Sviluppo di materiali avanzati per particolari meccanici ad elevate prestazioni Sviluppo di biosensori per il monitoraggio della sicurezza e della tracciabilità alimentare Energetica Beni culturali 1. Rivestimenti protettivi e tecniche di pulizia-conservazione tramite plasma atmosferico 2. Trattamento di materiali lapidei 3. Trattamento di materiali organici 4. Restauro opere moderne in materiali compositi e diversi fra di loro.

27 1. Plasma atmosferico Il plasma atmosferico a torcia può essere utilizzato su metalli e su lapidei per pulire, come bio-deteriogeno e per depositare strati protettivi su manufatti Pulitura Plasma riducente di H 2 o N 2 /H 2 può essere utilizzato per pulire e rimuovere depositi organici e inorganici su metalli e lapidei Plasma ossidante (aria, O 2 ) può esserre utilizzaro per disinfettare e rimuovere depositi organici (fungi, bacteria, etc.) su metalli e lapidei Deposizione di strati trasparenti di ossido per prevenire la corrosione

28 2. Trattamento materiali lapidei Consolidamento Attività biocida e autopulente Anticorrosione / anti-graffito Sviluppo di impregnanti SolGel o ibridi con nanocariche Sviluppo di malte permeabili Restauro e conservazione del calcestruzzo Sviluppo di impregnanti con nanocariche biocide (Ag, Cu, ) Sviluppo di impregnanti ibridi con biocidi organici (chitosano, ) Sviluppo di rivestimenti autopulenti senza rischio di rilascio di nanoparticelle nell ambiente (TiO 2, ZnO, TiO 2 :N, ) Protezione dalla corrosione acida e dagli agenti atmosferici mediante sintesi di strati protettivi inorganici e trasparenti Sviluppo di rivestimenti antifouling Sviluppo di rivestimenti idrofobici

29 3. Trattamento materiali organici Rivestimenti protettivi e consolidamento Carta via solgel, ibridi, plasma in vuoto e plasma atmosferico Legno via solgel, ibridi e plasma atmosferico Tessuti via solgel, ibridi e plasma atmosferico Antibatterico e antimicotico De-acidificazione Studio ed introduzione di nanocariche funzionali per carta, legno e tessuti

30 4. Restauro opere moderne Anticorrosione / proprietà barriera Rivestimenti trasparenti flessibili per la protezione alla corrosione Rivestimenti trasparenti flessibili barriera Protezione UV Rivestimenti stabili nel tempo per la protezione UV delle plastiche Pulizia Pulizia laser Hydrogels

31 Ringraziamenti Tutti i colleghi di CIVEN/NanoFab Centro Italiano Arte Restauro Tecnologico