Il Polo di innovazione Umbro MAteriali Speciali e micro-nano tecnologie
Il Polo di innovazione Umbro MAteriali Speciali e micro-nano tecnologie diventare grandi pensando piccolo
P.U.MA.S. - S.C. a r.l. "Il Polo d Innovazione PUMAS costituisce, nella regione Umbria, un centro di eccellenza tecnologica sia nazionale che internazionale" Start up company costituita il 24 febbraio 2011 con il supporto della Regione Umbria, il Polo d Innovazione PUMAS è una aggregazione di imprese, start up innovatrici, piccole medie e grandi imprese e organismi di ricerca attive nei settori della chimica, dell edilizia, della ricerca e della formazione destinati a stimolare l attività innovativa incoraggiando l interazione intensiva, l uso in comune di installazioni e contribuendo alla condivisione e alla messa in rete di conoscenze e tecnologie. Il Polo d Innovazione PUMAS costituisce, nella regione Umbria, un centro di eccellenza tecnologica sia nazionale che internazionale finalizzato al consolidamento di una struttura operativa capace di fornire: - servizi ad alto valore aggiunto, - infrastrutture per l innovazione e la ricerca, - piattaforme di cooperazione tecnica e networking per lo sviluppo di progetti in materia di micro e nano tecnologie e materiali speciali. Costituito da 34 soci fondatori continua a crescere associando nuove aziende e centri di ricerca. 03 Chi siamo
Numeri Quattro Enti di Ricerca Cinquanta soci Oltre duemila addetti Settecento milioni di euro di fatturato totale dei quali oltre sei milioni di euro per la ricerca e sviluppo Più di mille brevetti
Il Polo Pumas opera per Trasferire nuove conoscenze dagli operatori della ricerca alle imprese, favorendo i contatti tra i diversi soggetti e la nascita di progetti cooperativi da presentare su bandi regionali, nazionali ed europei; Valorizzare le competenze tecnologiche dei soggetti aderenti al Polo e favorirne l applicazione a nuovi ambiti settoriali, determinando l apertura di nuove linee di prodotti/sistemi/componenti e lo sviluppo di nuovi processi produttivi; Accrescere la competitività e creare nuove opportunità di business attraverso la creazione di reti d imprese, la realizzazione di progetti speciali d innovazione, la promozione internazionale dei soggetti aderenti al Polo; Potenziare il capitale umano creando, in accordo con gli Atenei, nuovi percorsi formativi e favorendo il travaso di personale altamente specializzato dai centri di ricerca al tessuto industriale al fine di rafforzarne i processi di innovazione, cofinanziati dalla Regione Umbria. Il PUMAS eroga servizi di animazione, promozione e marketing finalizzati alla creazione di reti locali, nazionali e internazionali per la ricerca e allo sviluppo di opportunità di business nel campo dell innovazione tecnologica. In particolare, il Polo accompagna le imprese aderenti nella costruzione di progetti di ricerca e innovazione e nella richiesta di servizi per l innovazione, cofinanziati dalla Regione UMBRIA. 05
«rafforzare la propensione all innovazione del territorio in generale ed in particolare delle imprese aderenti al Polo, rendere disponibili infrastrutture e servizi ad elevato valore aggiunto, interpretare le esigenze tecnologiche e orientare le azioni regionali a sostegno della ricerca e dell innovazione»
Il Polo Pumas vuole Diventare un catalizzatore dell innovazione nell ambito dei materiali speciali e delle micro e nano tecnologie, tecnologie abilitanti che, per le caratteristiche intrinseche di trasversalità, si prestano ad applicazioni industriali in molteplici settori produttivi. Favorire l upgrading tecnologico delle imprese socie, grandi imprese e PMI, la cui capacità innovativa può trarre grande beneficio da collaborazioni scientifiche con altre imprese, con università e centri di ricerca pubblici o privati. Rafforzare la propensione all innovazione del territorio in generale ed in particolare delle imprese aderenti al Polo, rendere disponibili infrastrutture e servizi ad elevato valore aggiunto, interpretare le esigenze tecnologiche e orientare le azioni regionali a sostegno della ricerca e dell innovazione. Obiettivi 07
I risultati della ricerca accademica, impiegati nel modo giusto, stimolano la ricerca industriale, il trasferimento tecnologico, la creazione di nuove imprese ad alto contenuto innovativo. Parallelamente, l'istruzione e la formazione alimentano la ricerca assicurando lo stock di capitale umano necessario.
Promuovere ricerca & sviluppo e stimolare l attività innovativa di diffusione della conoscenza tecnologica e di interscambio di competenze tra le imprese aderenti (e non) in maniera mirata e specialistica ed elaborare un Agenda Strategica comune per il medio e lungo termine, recependo gli indirizzi delle Piattaforme Tecnologiche Europee e le esigenze dei partecipanti; Mettere a sistema delle facilities scientifiche e tecnologiche e indirizzare i nuovi investimenti innovativi; Accompagnare e assistere con servizi reali di: - assistenza progettuale; - individuazione e strutturazione di partnership; - consulenza in materia di proprietà intellettuale; - supporto alla creazione d impresa. ATTIVITÀ DEL PUMAS Marketing interno ed esterno Gestione delle istallazioni Programmi di trasferimento tecnologico Workshop, seminari e convegni di disseminazione delle potenzialità del POLO e valore aggiunto offerto alle imprese; Piano di comunicazione; Partnership con altri poli complementari, con istituzioni, centri di ricerca e grandi aziende per affermare la propria leadership nel settore. Rete virtuale di laboratori di ricerca pubblici e privati; Sfruttamento efficiente ed efficace delle istallazioni del polo; Capacità di creare valore per le imprese; Affermazione del posizionamento di mercato. Capacità di rispondere alle richieste mosse dalle imprese, Partecipazione a programmi nazionali ed internazionali di R&D e ditt (sfruttando le relazioni di UNIPG e di aziende partner); Supporto alla valorizzazione dei risultati della ricerca; Sviluppo di progetti di Trasferimento aziende associate. 09
PRINCIPALI AREE DI ATTIVITÀ La piattaforma tecnologica che il Polo sta implementando offre alle imprese aderenti la possibilità di acquisire servizi altamente specialistici, orientati all'innovazione di prodotto e di processo, a tariffe convenzionate inferiori al costo di mercato, con evidenti vantaggi in termini di accesso alle nuove tecnologie. Nello specifico si può dire che i soggetti posti alla base del Polo d'innovazione appartengono al mondo della produzione e della ricerca pertanto esso è anche uno strumento per regolare e rafforzare il rapporto imprese-università, nel senso di favorire la conoscenza reciproca e lo scambio di informazioni ma anche l'erogazione di servizi studi, consulenze, test, prove ecc. da parte dei produttori di conoscenza a beneficio dei produttori di beni e servizi per il mercato. In questa ottica il legame industria-università-territorio dovrà concretizzarsi sulla base dei servizi erogati principalmente a due categorie di utenti: imprese da un lato e persone coinvolte nell'attività di ricerca dall'altro. Per questa via il P.U.MA.S. dovrà diventare un punto di riferimento per gli imprenditori e le imprese con propensione all'innovazione e alla ricerca, a cui il Polo dovrà saper offrire l'opportunità di creare i necessari contatti e i partenariati anche attraverso la mobilità di giovani ricercatori presso laboratori aziendali. Su scala nanometrica la materia presenta proprietà completamente differenti rispetto alla scala macroscopica. La crescente capacità di manipolare la materia a questo livello apre nuove possibilità di impiego in numerosi campi quali: 01 02 03 04 05 06 07 NANOTECNOLOGIE PER L'ENERGIA NANOTECNOLOGIE PER L'ELETTRONICA MATERIALI ELETTRO-MAGNETICI O OTTICI NANOSTRUTTURATI PER DISPOSITIVI E SENSORI EDILIZIA SOSTENIBILE RIVESTIMENTI SUPERFICIALI DI MATERIALI METALLICI, CERAMICI, POLIMERICI E COMPOSITI MATERIALI PER L'AMBIENTE MATERIALI METALLICI Aree di intervento 11
01 NANOTECNOLOGIE PER L'ENERGIA Le nanotecnologie hanno conosciuto negli ultimi anni un impiego sempre più significativo in numerosissimi campi, tra cui il settore dell energia, dove la ricerca di soluzioni innovative per ottenere fonti pulite, rinnovabili e redditizie è un imperativo imprescindibile. Secondo quanto si legge nel rapporto della società di consulenza Abi Research, intitolato Nanotechnologies for Green Power Generation l adozione di nanotecnologie per lo sviluppo delle rinnovabili avrebbe un impatto decisamente positivo: si stimano infatti 1.500 miliardi di euro di investimenti previsti in tutto il mondo per le rinnovabili nel periodo 2010-2015. Nel settore fotovoltaico, per esempio, si registra un intensa attività rivolta alla creazione di impianti di quarta generazione e l impiego di nanotecnologie è determinante per accrescere in maniera significativa il rendimento delle celle. I nanomateriali si prestano inoltre per le finalità del settore termoelettrico. Oggi la metà dell energia va sprecata in calore: qualora se ne sfruttasse solo una minima parte, anche con un basso rendimento, si potrebbe comunque produrre energia per centinaia di gigawatt. P.U.MA.S.
02 NANOTECNOLOGIE PER L'ELETTRONICA Le nanonotecnologie nell elettronica stanno giocando un ruolo fondamentale per lo sviluppo di questo settore, attraverso la miniaturizzazione degli elementi quali transistors, diodi ecc. realizzati su supporti semiconduttivi. Attualmente la tecnologia permette tramite la litografia di ottenere processori commerciali con transistor larghi circa 100 nm. Le nanotecnologie potranno ridurre in breve tempo queste dimensioni con l obbiettivo di arrivare fino alla larghezza di alcuni atomi. Materiali assemblati da nanoparticelle, grazie alla loro elevata porosità e reattività superficiale, vengono utilizzati per la costruzione di dispositivi per l'immagazzinamento e la produzione di energia, come supercondensatori, sistemi di immagazzinamento di idrogeno e di conversione di energia solare, fondamentali nella propulsione veicolare non inquinante. In particolare, i materiali nanostrutturati consentono grandi velocità di scrittura/lettura di memorie e bande magnetiche mentre sono in fase di sviluppo nuovi tipi di processori di informazione basati su principi quantomeccanici, quali i transistor a tunnel risonante, gli automi cellulari realizzati con punti quantici, nonché la prospettata realizzazione di computer quantistici. È stata dimostrata la possibilità di realizzare nanocircuiti autoassemblati e vi sono prospettive per la realizzazione di switch con singole molecole organiche e di memorie non volatili con una densità di bit un milione di volte maggiore che nelle attuali DRAM (Dynamic Random Access Memory). Anche la spintronica, basata sul trasporto di elettroni a spin definito, ha prospettive di realizzazione su scala nanometrica. Operare su scala nanometrica consentirà di integrare in un singolo chip una serie di sensori e tutta l'elettronica corrispondente. 13
03 MATERIALI ELETTRO-MAGNETICI O OTTICI NANOSTRUTTURATI PER DISPOSITIVI E SENSORI I sensori sono dispositivi che servono a rivelare e misurare diverse grandezze (ad esempio temperatura, pressione, lunghezze, potenziale elettrico, velocità, concentrazione di certi elementi o composti chimici, ecc.) e le loro variazioni in funzione del tempo o di altre variabili di interesse per particolari finalità. La miniaturizzazione sempre piu spinta permettera di realizzare sensori e nano robot che potranno essere usati per controlli ambientali ovvero in applicazioni mediche sia per monitorare che per aggredire malattie. La misurazione della presenza di gas inquinanti, come ammoniaca e biossido di azoto disciolti in liquidi organici e inorganici, può essere fatta con un sensore realizzato con naotubi. Le attuali tecniche di misura sono costose e complicate. Un gruppo di ricercatori dell'universita di Stanford, guidato da Hongjie Dai, propone di risolvere questi problemi con i maneggevolissimi e compatti nanotubi. Il principio e semplice e si basa sul nanotransistor sviluppato da Cees Dekker. Basta misurare la corrente tra due elettrodi: in presenza di ammoniaca la corrente diminuisce, mentre in presenza di azoto aumenta. Le nanotecnologie trovano applicazione anche nella produzione di dispositivi per l illuminazione a basso consumo di energia e basso ingombro. In particolare la produzione di led e led organici (o-led) vede una larga applicazione di nanotecnologie. I LED realizzati con strati nanometrici ad alta efficienza che convertono l elettricita in luce, possono ormai produrre anche luce bianca e dunque sostituire la tecnologia tradizionale, con risparmi energetici di circa il 50%. P.U.MA.S.
04 EDILIZIA SOSTENIBILE Nei paesi dell Unione Europea il settore delle costruzioni contribuisce mediamente per circa il 21% alla formazione del PIL, ma consuma risorse non rinnovabili e produce impatti ambientali in misura molto superiore alla sua importanza economica. Oltre il 40% delle risorse minerarie non metallifere (pietre naturali, ghiaie, sabbie, argille), più di un quarto del legname, poco meno del 20% delle risorse idriche e circa il 40% di quelle energetiche bruciate ogni anno sono assorbite dalla produzione e dal funzionamento degli edifici. In questo contesto l introduzione e l impiego di componenti non derivati dal petrolio, a matrice rinnovabile, risulta necessario per consentire una diminuzione dell impatto ambientale ed un ridotto consumo di CO2 ed energia primaria per la produzione di materiali da costruzione. Lo studio di nuovi materiali a basso impatto e ad alte prestazioni è una delle sfide da affrontare. Gli edifici costruiti con materiali naturali, inoltre, consentono una riduzione ai minimi termini delle fonti di inquinamento interno, che modificano la qualità dell aria, producono campi elettromagnetici artificiali o generano emissioni dannose. 15
05 RIVESTIMENTI SUPERFICIALI DI MATERIALI METALLICI, CERAMICI, POLIMERICI E COMPOSITI La cura per le proprieta superficiali di un materiale e di un prodotto e in continuo sviluppo poichè, spesso, e la superficie che deve assolvere determinate funzioni, come nel caso di matreriali resistenti all abrasione, o di prodotti con proprieta ottiche (antiriflesso, antiscratch, ecc.). In tutti questi casi sono le superfici che garantiscono il raggiungimento dei requisiti richiesti e non l intero volume di materiale utilizzato. L incremento delle proprieta superficiali si ottiene molto spesso ricoprendo il materiale con uno strato (coating) di un materiale diverso che possiede le proprieta richieste. La ricerca ha dimostrato che la nano strutturazione di questi coating e l utilizzo di nanoparticelle in aggiunta ai materiali tradizionalmente utilizzati per la produzione di questi rivestimenti offre la possibilita di incrementare le caratteristiche funzionali del coating stesso. Coating nano-strutturati sono attualmente utilizzati nella produzione di celle solari organiche; in questa applicazione si richiede una elevatissima proprieta barriera nei confronti di ossigeno e umidita al fine di prolungare la vita utile di questi dispositivi. Analoghe proprieta sono richieste nella produzione di micro- batterie o di micro celle a combustibile, ossia di quei dispositivi che puntano alla miniaturizzazione dei sistemi di alimentazione per dispositivi elettronici portatili come ad esempio telefonini, PC, ecc. Molti dispositivi quali strumenti di bordo negli autoveicoli, display, ecc sono ricoperti con strati di plastiche trasparenti al fine di proteggerli dell esterno. Negli ultimi anni, queste plastiche sono ricoperte con un coating con proprieta antigraffio e antiriflesso che migliorano la durata e la visibilita del dispositivo. P.U.MA.S.
06 NANOTECNOLOGIE PER L AMBIENTE Le nanotecnologie possiedono un ventaglio quasi sconfinato di possibilità di intervento nell ambito interconnesso della salute e dell ambiente. Di conseguenza, gli aspetti riguardanti la sicurezza e la protezione dell ambiente relativamente ai materiali e ai prodotti nanostrutturati sono da tempo oggetto di molti studi e ricerche. Imitando la nanostrutturazione superficiale delle foglie, sulla cui superficie le goccioline d acqua si raccolgono in forma perfettamente sferica e scivolano via (noto come effetto Loto), si realizzano superfici che respingono o attraggono l acqua, per materiali idrofobici e anti-sporcamento. Si lavora molto sulle Green Technologies in EU, oggetti che hanno basso impatto ambientale e che nei processi di produzione sono in grado di far risparmiare denaro ed energia. La nanotecnologia è una via sicuramente principale per ottimizzare lo sfruttamento delle fonti energetiche, ed evitare sprechi abilitando un trasferimento di energia sempre più efficiente. Le principali applicazioni delle nanotecnologie in campo ambientale riguardano: - nano filtrazione; - bonifica di suoli e acque; - nano sensori in attività industriali o di bonifica; - miglioramento della selettività di pesticidi e ammendanti; - risparmio idrico. 17
07 MATERIALI METALLICI I materiali metallici sono i materiali più utilizzati per le costruzioni di componenti meccanici. Possono essere a base di ferro, come acciai e ghise, oppure non ferrosi come diverse leghe a base di alluminio, magnesio, titanio, rame e altri. I materiali metallici possono essere prodotti con tecnologie a caldo e a freddo. Hanno l'importante vantaggio di poter essere riciclati al 100%. Negli anni più recenti sono state studiate molte tecnologie in cui la scienza dei metalli incontra la scienza dei materiali a base polimeriche e in particolare le nanotecnologie, soprattutto nello sviluppo di tecnologie di superficie. La superficie conferisce al metallo proprietà funzionali ed estetiche. Lo sviluppo di coating nanostrutturati anche su base polimerica può consentire di ottenere importanti caratteristiche tecniche ed estetiche quali ad esempio: colorazione, superficie autopulente, resistenza alla corrosione, durezza. Nel campo dei materiali metallici, così come nei materiali in generale, risultano particolarmente importanti le tecniche di controllo non distruttivo. Le tecniche di Controllo Non Distruttivo dei Materiali (NDT) hanno conosciuto un notevole sviluppo grazie soprattutto alla crescita impressionante nella capacità e velocità di elaborazione dei segnali. Questa potenzialità ha permesso di sviluppare controlli molto accurati ed operanti in linea, in modo da rispondere all'esigenza di un costante miglioramento dell'efficienza dei processi. P.U.MA.S.
"accrescere la competitività e creare nuove opportunità di business"
Il Polo di innovazione Umbro MAteriali Speciali e micro-nano tecnologie Società Consortile a Responsabilità Limitata POLO DI INNOVAZIONE UMBRO MATERIALI SPECIALI E MICRO E NANO TECNOLOGIE Zona Fiori, 116/i 05100 Terni Riferimenti: Tel. 0744/44.34.25, FAX 0744/44.34.39 info@poloinnovazionepumas.it www.poloinnovazionepumas.it www.giani.biz 03-2013