Nanotecnologie e Applicazioni Industriali: Progetti di Ricerca Industriale in Piemonte

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1 Nanotecnologie e Applicazioni Industriali: Progetti di Ricerca Industriale in Piemonte Fabrizio PIRRI Politecnico di Torino e Istituto Italiano di Tecnologia INFODAY NMP Torino 12 Luglio 2012

2 Piattaforma Tecnologica Requisiti Italiana per le Nanotecnologie la crescita di un solido contatto tra il tessuto industriale, originatore di requisiti legati alle richieste del mercato, ed il mondo della Ricerca Nazionale, potenziale fornitore di soluzioni: per focalizzare e concretizzare gli sviluppi ed il rafforzamento della capacità industriale del paese Il rafforzamento del coordinamento dei programmi di ricerca e degli investimenti nazionali: per garantire che l Italia disponga di gruppi di ricerca e infrastrutture ( poli di eccellenza ) che possano competere a livello internazionale ed alimentare le strategie industriali di lungo termine L azione di trasferimento tecnologico: come strumento per la valorizzazione dei risultati della ricerca e l applicazione in ambito industriale La formazione: un aspetto strategico per lo sviluppo delle nanotecnologie ed il trasferimento in ambito industriale è la formazione di profili professionali adeguati

3 Piattaforma Tecnologica Italiana per le Nanotecnologie Scenario In seguito ad una indagine condotta a livello Nazionale, il comparto industriale ha evidenziato le seguenti 5 macro linee applicative d interesse nelle quali si ritiene si possa avere un significativo impatto per soluzioni basate sull introduzione delle nanotecnologie I materiali, in particolare i compositi multifunzionali per applicazioni strutturali, le superfici funzionalizzate ed i materiali per i motori elettrici I sensori, in particolare i sensori da stand off di grandezze fisiche ed immagini L energia, ovvero la generazione e lo storage dell energia elettrica, in particolare per la elevata portabilità e mobilità sostenibile La salute, in particolare per la diagnostica, il drug delivery e la medicina rigenerativa Il safe manufacturing, in relazione allo sviluppo di processi e prodotti sicuri, e di una normativa idonea, per la salute degli stakeholders e per l ambiente

4 Piattaforma Tecnologica Scenario Italiana per le Nanotecnologie Le Realtà di Ricerca Nazionali Pubbliche e Private, ben distribuite sull intero territorio nazionale, coprono efficacemente tutte le 5 macro linee applicative, con una prevalenza nella linea sensori seguita da energia ed healthcare Nella linea materiali esiste una vastissima varietà di competenze che se pur non specificatamente in correlazione con aspetti tribologici o di stealthness, porta la linea applicativa dei materiali ad allinearsi, in termini di competenze numeriche presenti, a quelle di energia e health care Rimane al momento meno presidiata l area legata al safe manufacturing, tema però di importanza strategica per l introduzione delle nanotecnologie nei prodotti finali e che potenzialmente interessa tutte le linee di sviluppo È importante rilevare la presenza di una consistente capacità di caratterizzazione dei materiali nanostrutturati, elemento fondamentale per assistere qualunque sviluppo tecnologico

5 Piattaforma Tecnologica Italiana per le Nanotecnologie Risultati Attesi Creare la massa critica e le sinergie tra mondo della ricerca ed industria necessarie per portare a compimento progetti di ricerca e trasferimento tecnologico sui temi di interesse Creare forti legami tra tutti gli stakeholder per favorire l applicazione delle nanotecnologie nello sviluppo di nuovi prodotti Abbattere le barriere per la commercializzazione dei prodotti basati sulle nanotecnologie Stabilire una posizione di leadership del Sistema Italia su tali tematiche e creare opportunità per il Sistema Italia nella partecipazione ai bandi di ricerca sulle nanotecnologie o per la soluzione delle grandi sfide globali attraverso l uso delle nanotecnologie

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9 Fig.1 - Distribuzione delle strutture italiane di ricerca impegnate nelle nanotecnologie 62% 38% Fig. 4 Distribuzione percentuale sul territorio nazionale degli addetti R&S nelle nanotecnologie Lombardia Lazio Emilia Romagna Toscana Industria Ricerca pubblica Veneto Piemonte Friuli Venezia Giulia Fig. 3 Numero di organizzazioni attive nella ricerca sulle nanotecnologie (distribuzione regionale) Puglia Campania 40 Sicilia Lombardia Piemonte Lazio Veneto Emilia Romagna Toscana Friuli Venezia Giulia Liguria Campania Umbria Puglia Sicilia Marche Calabria Trentino Alto Adige Abruzzo Sardegna

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12 Piemonte Region: features and R&D 7,5% of the national population (4.4 millions inhabitants) 124 billion euro GDP (8,4% of national income produced); 10% of national industrial production 1.8% GDP investment in R&D (of which about 79% comes from private investment), which makes Piemonte the closest Italian region to the Lisbon goals. 19.7% of national private R&D investment: 1 st Italian Region for private invest. in R&D over 18,000 employees in R&D (11% of the total national) A solid business, industrial and research environment: over 200 public and private R&D centres, 380 laboratories, 4 universities, 6 science and technology parks 12 innovation hubs involving companies and research centres on specific vertical sectors, such as: food engineering, textile, new materials and chemicals, IT and electronic, biotechnologies, renewable energies and environment, aeronautics, mecatronics... internationally recognized educational system: highest concentration of students in scientific courses in Italy foreign students in the regional Universities in the academic year 2008/2009: 5,6% of total student population.

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17 CENTER FOR SPACE HUMAN ROBOTICS Founded in November 2009 by a Partnership Agreement between Italian Institute of Technology and Politecnico di Torino and Thales Alenia Space 45 IIT researchers, 23 PhD students and 16 POLITO senior researchers operate in the Center The mission of the Centre is to study, to design and to realize/assemble demonstrators of the future generation of materials, processes and components for space human robotics. Locomotion and manipulation, sensing/perception, intelligence and ability to communicate with the humans are the basic requirements for space robotics. The development of these basic functions demands several technologies and structural/functional components, sensor/actuator MEMS and NEMS devices and compact and flexible energy supply systems, all based on new structural and functional materials with related process technologies, that can also be fruitfully used for the development of the next generation of terrestrial robotics systems and several industrial applications.

18 Clean Class 100 [15 m 2 ] Class 1000 [45 m 2 ] Class [90 m 2 ] Total area 150 m 2

19 Clean TechFab Total area 430 m 2 Bio-Lab Class 100 Class 1000

20 Fabrication Facilities Thin Films growth technologies - Metal evaporation systems: thermal + electron gun - Magnetron sputtering - Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) - Low Pressure CVD (LPCVD) - Silicon oxidation - Rapid Thermal Annealing - Electroplating - FIB assisted deposition Optical Lithography Laser Direct Writing Lithography E-beam/AFM/STM Lithography Etching: - Wet - Dry (plasma, RIE, ICP-DRIE (Bosch & Cryo)) - Powder Blasting Polymer machining: - Hot Embossing - µ-stereo Lithography - µ-injection Moulding - Polymer 3D Ink-Jet Printing Laser Machining & Laser Sintering Focused Ion Beam (FIB) Milling Anodic Bonding Low and Atm. Pressure Plasma Polymerization

21 Characterization Facilities Microscopies Optical FE-SEM + EDX AFM / STM SNOM TEM/STEM Fluorescence Spectroscopies Profilometer UV-Vis Micro-FTIR Micro Raman XRD XPS Contact Angle Electrical & Piezo characterizations

22 Technology and Characterization CSHR TECHNOLOGY Prototyping Equipments Laser Sintering machine Micro-Electro discharge machine StereoLithography System Nanostructured Materials CVD synthesis for Nanostructured Materials Multi chamber multi target sputtering system (to be installed) Ink Jet System Laser Direct Writing Lithography Technology for TEM sample preparation UV system for free-radical photopolymerisation Chemical Material Synthesis System for microwave assisted synthesis Parr Reactor system for hydrothermal synthesis Chemical benches and equipments CHARACTERISATION Transmission Electron Microscope (TEM) Dual Beam Microscope (FESEM+FIB) Electric and Electronic characterisation benches Piezo Evaluation System Nanoindenter Equipments for testing and characterization of: Li-Ion Batteries, photoelectrochemical cells for H 2 production, micro-fuel-cells Sun Simulator for PV cells testing External Quantum Efficiency evaluation system Hall effect system Robotic components test bench Simulation Facility: 300-core Cluster

23 TECHNOLOGICAL TRANSFER Ab Initio Materials Deposition Synthesis Simulation FEM: Coventorware TM Comsol TM ZEMAX TM MEMS/NEMS Technology Prototyping Processes Characterization: Morphological Analytical Technology Transfer

24 INVESTIMENTI PUBBLICI REGIONALI: DATO COMPLESSIVO Dati seppur parziali mostrano che la Regione Piemonte nel periodo ha destinato, attraverso svariate iniziative a sostegno dell innovazione e la ricerca, oltre 55 Mln all ambito nanotecnologie. A questi si aggiungono finanziamenti nazionali (MIUR) per circa 20 Mln per la costrizione di laboratori di ricerca specializzati. * Dati ancora in via di analisi A cui si aggiungono la Piattaforma Agroalimentare i FIRB accordo di Programma i Progetti Bandiera PNR

25 Partecipazione dell ITALIA al FP7 per tematica/programma Progetti finanziati (aggiornato al ) Finanziati come partner Finanziati come coordinatori

26 Partecipazione del Piemonte al FP7 per tematica/programma Progetti finanziati (aggiornato al ) Finanziati come partner Finanziati come coordinatori

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29 Analizzando nel dettaglio i dati piemontesi dal gennaio 2007 all aprile 2011: Oltre 145 M finanziati di cui: Le strutture con il maggior numero di progetti: CRF 110 progetti POLITECNICO 97 progetti di cui 17 NMP

30 Grazie per l attenzione fabrizio.pirri@polito.it Tel Politecnico di Torino - Dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia Center for Space Human Robotics Istituto Italiano di Tecnologia