The research work has been focalized on the preparation and characterization of Polymer Nanocomposites, in which the nanostructured component is constituted of Carbon Nanotubes whereas the polymer matrix is made of Organic Conducting Polymers. The term Nanocomposite indicates a material constituted by the combination of two or more different materials, one of which shows at least a dimension below 100 nm. The technological importance of this kind of material consists in the very high interfacial area produced in the bulk of the composite by the introduction of the nanostructured system. In fact this higher interfacial area could totally change the chemical, morphological and functional properties of the host matrix also with low loadings of additive. Carbon nanotubes are object of intensive studies between scientists and engineers because of their unique structural, chemical and physical characteristics which make them one of the most interesting materials for the production of innovative devices. Moreover their integration into composite structures allows to exploit their exceptional properties for the realization of more complex systems which can have various functionalities. Conducting Polymers (CPs) are organic conjugated polymers which show an intrinsic electrical conductivity at room temperature. This conductivity is due to the  electrons systems delocalized on the principal polymer chain. CPs are very interesting materials which combine the high conductivity typical of the metals with the mechanical properties of the polymers, such as the flexibility and the possibility to be produced as thin films. All the materials prepared during the experimental work have been subjected to several morphological characterizations (such as Scanning Electron Microscopy, Transmission Electron Microscopy, Atomic Force Microscopy and Scanning Tunnelling Microscopy), structural characterizations (such as Raman spectroscopy and Electron Spin Resonance spectroscopy) and electrochemical characterizations (such as Chronoamperometry and Ciclic Voltammetry). Finally, functional characterizations have been performed with the aim to check the possibility to integrate the prepared materials into technological devices. The functional characterizations which have been tested include charge transport measurements, piezo-resistive measurements, photo-current measurements and microwave conductivity measurements. The thesis work demonstrates as the nanocomposites based on Carbon Nanotubes and Conducting Polymers can have useful and interesting applications in electro-mechanical and photovoltaic devices and as radar absorbent and electromagnetic shielding materials when all the steps regarding the composite realization (from synthesis to characterization) are controlled and reproducible.

Il lavoro di ricerca si è focalizzato sulla preparazione e caratterizzazione di materiali nanocompositi a matrice polimerica, dove il componente nanostrutturato è costituito da nanotubi di carbonio e la matrice polimerica è data da polimeri organici conduttori. Viene detto nanocomposito un materiale costituito da due o più fasi in cui uno dei componenti presenta almeno una dimensione che è al di sotto dei 100 nm. L’importanza tecnologica di un sistema di questo tipo risiede nel fatto che l’elevata area interfacciale che si viene a produrre nel bulk del materiale può contribuire a trasformare le proprietà chimiche, morfologiche e funzionali del materiale ospite di base con bassi livelli di caricamento dell’additivo. I nanotubi di carbonio sono oggetto di grande interesse nei differenti campi della scienza e dell’ ingegneria in quanto manifestano tipiche proprietà strutturali, chimiche e fisiche che ne fanno uno dei materiali più idonei alla produzione di dispositivi tecnologici d’avanguardia. La loro integrazione in strutture composite, permette di sfruttare le loro eccezionali proprietà per la creazione di sistemi complessi dalle molteplici caratteristiche funzionali. I polimeri conduttori sono materiali organici che presentano una conduttività elettrica intrinseca a temperatura ambiente dovuta all’ esteso sistema di elettroni π che si estende su tutta la catena polimerica principale. Sono materiali che combinano l’alta conduttività normalmente riservata ai metalli con le proprietà meccaniche dei polimeri, come la flessibilità e la possibilità di fabbricarli in forma di film sottili. I materiali preparati nel corso del lavoro sperimentale sono stati sottoposti a diverse caratterizzazioni morfologiche (mediante microscopia elettronica, microscopia a forza atomica e microscopia ad effetto tunnel), strutturali (mediante spettroscopia Raman e di risonanza elettronica di spin) ed elettrochimiche. Infine sono state eseguite delle caratterizzazioni funzionali allo scopo di valutare la possibilità di integrazione dei materiali preparati in dispositivi di interesse tecnologico. Sono state condotte misure di trasporto di carica elettrica, misure piezoresistive, di foto-corrente e di conduttività elettrica in frequenza. Tali studi hanno rivelato come i materiali preparati possano avere interessanti applicazioni in dispositivi elettromeccanici e fotovoltaici di nuova generazioni e come materiali assorbitori radar e schermanti di impulsi elettromagnetici

Tamburri, E. (2008). Nanocompositi a base di polimeri conduttori e nanotubi di carbonio: preparazione, caratterizzazione e applicazioni.

Nanocompositi a base di polimeri conduttori e nanotubi di carbonio: preparazione, caratterizzazione e applicazioni

TAMBURRI, EMANUELA
2008-05-14

Abstract

Il lavoro di ricerca si è focalizzato sulla preparazione e caratterizzazione di materiali nanocompositi a matrice polimerica, dove il componente nanostrutturato è costituito da nanotubi di carbonio e la matrice polimerica è data da polimeri organici conduttori. Viene detto nanocomposito un materiale costituito da due o più fasi in cui uno dei componenti presenta almeno una dimensione che è al di sotto dei 100 nm. L’importanza tecnologica di un sistema di questo tipo risiede nel fatto che l’elevata area interfacciale che si viene a produrre nel bulk del materiale può contribuire a trasformare le proprietà chimiche, morfologiche e funzionali del materiale ospite di base con bassi livelli di caricamento dell’additivo. I nanotubi di carbonio sono oggetto di grande interesse nei differenti campi della scienza e dell’ ingegneria in quanto manifestano tipiche proprietà strutturali, chimiche e fisiche che ne fanno uno dei materiali più idonei alla produzione di dispositivi tecnologici d’avanguardia. La loro integrazione in strutture composite, permette di sfruttare le loro eccezionali proprietà per la creazione di sistemi complessi dalle molteplici caratteristiche funzionali. I polimeri conduttori sono materiali organici che presentano una conduttività elettrica intrinseca a temperatura ambiente dovuta all’ esteso sistema di elettroni π che si estende su tutta la catena polimerica principale. Sono materiali che combinano l’alta conduttività normalmente riservata ai metalli con le proprietà meccaniche dei polimeri, come la flessibilità e la possibilità di fabbricarli in forma di film sottili. I materiali preparati nel corso del lavoro sperimentale sono stati sottoposti a diverse caratterizzazioni morfologiche (mediante microscopia elettronica, microscopia a forza atomica e microscopia ad effetto tunnel), strutturali (mediante spettroscopia Raman e di risonanza elettronica di spin) ed elettrochimiche. Infine sono state eseguite delle caratterizzazioni funzionali allo scopo di valutare la possibilità di integrazione dei materiali preparati in dispositivi di interesse tecnologico. Sono state condotte misure di trasporto di carica elettrica, misure piezoresistive, di foto-corrente e di conduttività elettrica in frequenza. Tali studi hanno rivelato come i materiali preparati possano avere interessanti applicazioni in dispositivi elettromeccanici e fotovoltaici di nuova generazioni e come materiali assorbitori radar e schermanti di impulsi elettromagnetici
A.A. 2007/2008
Scienze chimiche
20.
The research work has been focalized on the preparation and characterization of Polymer Nanocomposites, in which the nanostructured component is constituted of Carbon Nanotubes whereas the polymer matrix is made of Organic Conducting Polymers. The term Nanocomposite indicates a material constituted by the combination of two or more different materials, one of which shows at least a dimension below 100 nm. The technological importance of this kind of material consists in the very high interfacial area produced in the bulk of the composite by the introduction of the nanostructured system. In fact this higher interfacial area could totally change the chemical, morphological and functional properties of the host matrix also with low loadings of additive. Carbon nanotubes are object of intensive studies between scientists and engineers because of their unique structural, chemical and physical characteristics which make them one of the most interesting materials for the production of innovative devices. Moreover their integration into composite structures allows to exploit their exceptional properties for the realization of more complex systems which can have various functionalities. Conducting Polymers (CPs) are organic conjugated polymers which show an intrinsic electrical conductivity at room temperature. This conductivity is due to the  electrons systems delocalized on the principal polymer chain. CPs are very interesting materials which combine the high conductivity typical of the metals with the mechanical properties of the polymers, such as the flexibility and the possibility to be produced as thin films. All the materials prepared during the experimental work have been subjected to several morphological characterizations (such as Scanning Electron Microscopy, Transmission Electron Microscopy, Atomic Force Microscopy and Scanning Tunnelling Microscopy), structural characterizations (such as Raman spectroscopy and Electron Spin Resonance spectroscopy) and electrochemical characterizations (such as Chronoamperometry and Ciclic Voltammetry). Finally, functional characterizations have been performed with the aim to check the possibility to integrate the prepared materials into technological devices. The functional characterizations which have been tested include charge transport measurements, piezo-resistive measurements, photo-current measurements and microwave conductivity measurements. The thesis work demonstrates as the nanocomposites based on Carbon Nanotubes and Conducting Polymers can have useful and interesting applications in electro-mechanical and photovoltaic devices and as radar absorbent and electromagnetic shielding materials when all the steps regarding the composite realization (from synthesis to characterization) are controlled and reproducible.
nanocompositi ibridi; nanotubi di carbonio; polimeri conduttori; applicazioni elettroniche;
Settore CHIM/05 - Scienza e Tecnologia dei Materiali Polimerici
Italian
Tesi di dottorato
Tamburri, E. (2008). Nanocompositi a base di polimeri conduttori e nanotubi di carbonio: preparazione, caratterizzazione e applicazioni.
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