SENSOR from Laboratory for Gas Sensors and Artificial Olfactive Systems to Nanotechnologies for Sensing and Advanced Applications

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1 SENSOR INFM Workshop- Sestri Levante 20-22nd November 2008 SENSOR from Laboratory for Gas Sensors and Artificial Olfactive Systems to Nanotechnologies for Sensing and Advanced Applications Guido Faglia Brescia, I- Italy SENSOR is hosted at University of Brescia (and also at CSMT from 2009)

2 SENSOR INFM Workshop- Sestri Levante 20-22nd November 2008 Permanent Staff Prof. G. Sberveglieri: Director Dr. Rosita Nodari (admin 7 th level) Dr. M. Pardo (researcher 3 rd level) Dr. M. Stefancich (researcher 3 rd level) Dr. A. Vomiero (researcher 3 rd level) Dr. I. Kholmanov (researcher 3 rd level) Prof. M. Artoni (PA) Prof. G. Faglia (PA) Dr. Elisabetta Comini (RC) Dr. M. Ferroni (RC) Dr Camilla Baratto (TL) Dr. M. Falasconi (TL) Dr. A. Ponzoni (AR) Dr. Isabella Concina (AR CNR-IBF) 2

3 SENSOR INFM Workshop- Sestri Levante 20-22nd November 2008 Quasi monodimensional oxide nanowires for advanced applications 6/22/20093

4 SENSOR INFM Workshop- Sestri Levante 20-22nd November 2008 Original Mission SENSOR has been established in 2003 INFM Regional Laboratory for Gas Sensors and Artificial Olfactive Systems: the preparation and functional characterization of gas/flavor sensors based on semiconducting (SC) oxide thin films. Novel activities towards nanostructured systems with reduced dimensionality like nanobelts as seed activities. the development of an Artificial Olfactive Systems (AOS) useful in applications domain like environmental monitoring and food processing control. 4

5 SENSOR INFM Workshop- Sestri Levante 20-22nd November 2008 Mission main changes so far Quasi 1D structures for novel advanced applications: third-generation solar cells and electrical biosensors (2006) statistical learning methods for artificial olfactory sensing, significantly broadened to include the analysis of genomics data (2004) 5

6 SENSOR INFM Workshop- Sestri Levante 20-22nd November 2008 Instrumentation and Research Facilities Two magnetron Sputtering (DC and RF) with load-lock systems; Thermal evaporation plant with cryogenic pump; Spin Coating System provided with a Programmable Logic Controller; Three furnaces for high-temperature deposition of nanowires of metaloxide; Material preparation Three furnaces for annealing in controlled atmosphere. Characterization Four advanced systems for the measurement of gas mixtures in controlled conditions of humidity, temperature and light exposure. The instrumentation monitors many parameters as sensor response: electrical conductivity, work function, photoluminescence and reflectance. Setup for solar cells characterisations (Solarimeter+ I/V Source) AFM with six standard SPM modes (AFM, LFM, NC-AFM, IC-AFM, Phase and STM) equipped with Nanomanipulation and Material Deposition tools. SEM-FEG with ETD, IN-LENS, BSE, STEM EDX detectors and in-situ nanomanipulation. 6

7 INFM CNR Regional Laboratory Sensor Stage preparazione e caratterizzazione Preparazione di fili quasi mono-dimensionali a base di ossido di ZnO, SnO2 e In2O3 mediante la tecnica di deposizione da fase vapore. Caratterizzazione con SEM e AFM. (Progetto Europeo con aziende coinvolte). Rif: Dr.ssa E. Comini 5706 comini@sensor.ing.unibs.it (ZnO e SnO2) e Dr. A. Vomiero 5706 vomiero@sensor.ing.unibs.it (In2O3) Lo stage prevede la caratterizzazione di materiali tramite microscopia elettronica in scansione.verranno in particolare studiati sistemi nanostrutturati anche unidimensionali (nanofili) composti da ossidi metallici semiconduttori.rif: Dr. M. Ferroni 5749 ferroni@sensor.ing.unibs.it Lo stage è focalizzato sull impiego di tecniche di microscopia a forza atomica (AFM) per sintetizzare e caratterizzare nanostrutture di ossidi metallici. La sintesi prevede l impiego di tecniche di sputtering congiuntamente con tecniche di nanolitografia eseguite mediante AFM. Rif: Dr. A. Ponzoni 5707 ponzoni@sensor.ing.unibs.it 6/22/2009 7

8 INFM CNR Regional Laboratory Sensor Stage sensori di gas e naso elettronico Caratterizzazione morfologica e funzionale di dispositivi basati su ossidi metallici semiconduttori sensibili ai gas (Progetto Europeo con aziende coinvolte). Rif: Dr.ssa E. Comini 5706 comini@sensor.ing.unibs.it Apprendimento del principio di funzionamento dei sensori utilizzati (ossidi metallici semiconduttori), e caratterizzazione elettrica ed ottica di sensori di gas. Questo stage è inquadrato nell ambito del progetto internazionale NAWACS Rif: Dr.ssa C. Baratto 5706 baratto@sensor.ing.unibs.it Sviluppo di un nuovo trasduttore di dimensioni ridotte per sensori di gas a semiconduttore Rif: Dr.ssa E. Comini 5706 comini@sensor.ing.unibs.it Caratterizzazione elettrica e funzionale di array di sensori di gas e naso elettronico per applicazioni biomediche e nel settore alimentare. Rif: Dr. M. Falasconi 5709 falasconi@sensor.ing.unibs.it 6/22/2009 8

9 6/22/ INFM CNR Regional Laboratory Sensor Stage celle solari Sintesi, caratterizzazione morfologica e funzionale di materiali nanostrutturati per celle solari di terza generazione. I materiali (ossidi conduttori trasparenti in forma di nanofili e/o network percolativi) saranno prodotti mediante tecniche fisiche e chimiche, e caratterizzati mediante microscopia elettronica a scansione ed analisi composizionale EDX. Misure elettriche saranno effettuate su prototipi di cella solare tipo dye sensitized mediante simulatore solare in condizioni di irraggiamento standard, e saranno determinati i principali parametri di cella (efficienza, tensione a circuito aperto, corrente di cortocircuito, fill factor). Rif: Dr. Alberto Vomiero 5767 vomiero@sensor.ing.unibs.it sintesi per via chimica e la caratterizzazione ottica di quantum dot nel range dimensionale 2 10 nanometri da applicarsi quali assorbitori di luce in celle solari di terza generazione. I quantum dot sintesizzati saranno analizzati mediante tecniche spettroscopiche (FT-IR, UV-Vis) e saranno integrati in fotoanodi nanostrutturati. Misure elettriche saranno effettuate su prototipi di cella mediante simulatore solare in condizioni di irraggiamento standard, e saranno determinati i principali parametri di cella (efficienza, tensione a circuito aperto, corrente di cortocircuito, fill factor). Rif: Dr. Alberto Vomiero 5767 vomiero@sensor.ing.unibs.it Lo stage prevede la caratterizzazione di materiali per celle solari tramite tecniche spettroscopiche (UV-Vis, spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier-FTIR, e misure di efficienza tramite IPCE). Verranno in particolare studiate celle solari del tipo DSC (Dye Sensitized solar Cells).Rif: Dr.ssa C. Baratto 5706 baratto@sensor.ing.unibs.it

10 Biodiversity S.p.a. Via Corfù, Brescia - Italy Tel Fax

11 Biodiversity S.p.a. L azienda è costituita da sezioni che si occupano di diagnostica molecolare, e in generale delle biotecnologie nei campi della medicina, medicina veterinaria settore agro-alimentare

12 INFM CNR Regional Laboratory Sensor Electronic Nose: definition and architecture An electronic nose is an instrument which comprises an array of electronic chemical sensors with partial specificity and an appropriate pattern recognition system, capable of recognising simple or complex odours 6/22/2009 3

13 Applicazione Sistema Olfattivo Elettronico EOS835 diagnosi di micotossine in alimenti (fumonisine in mais...) diagnosi di contaminazione fungina e batterica in prodotti alimentari (conserve di pomodoro, succhi di frutta...) diagnosi di infezioni batteriche umane (batteri delle ferite e ustioni)