Progetto bilaterale Italia-Serbia

Film flessibili piezoelettrici senza Pb e multiferroici per nanoelettronica,
raccolta e accumulo di energia

Responsabili: Elisa Mercadelli, Carmen Galassi
Personale coinvolto: Claudio Capiani, Carlo Baldisserri

Data di inizio: 2019
Durata: 24 mesi
Finanziamento totale: 11 k€
Bando: ACCORDO CNR-SERBIA
Coordinatore: Floriana Rusanescu Craciun (CNR-ISM)
Consorzio: CNR-ISM, CNR-ISTEC

Oltre ai crescenti sforzi per migliorare le prestazioni dei dispositivi elettronici attraverso la modifica di metodi sintetici, procedure di sinterizzazione, miniaturizzazione, ecc., una nuova sfida nell’elettronica è avere flessibilità in grado di garantire la deformazione meccanica del materiale. Dispositivi elettronici flessibili, in grado di essere piegati, arrotolati e stirati in forme diverse, amplierebbero notevolmente le applicazioni dei moderni dispositivi elettronici.

A tal fine sono stati sviluppati due differenti approcci, il primo dei quali consiste nell’applicazione di materiali funzionali su substrati flessibili, mentre il secondo consiste nella miscelazione dei componenti attivi all’interno di una matrice polimerica. Se il primo non è in grado di garantire una vera e propria estensibilità dell’elettronica, l’approccio di maggior successo è il secondo, in cui l’elettronica flessibile è ottenuta come combinazione di polimeri e componenti inorganici funzionali.

Scopo principale del progetto è la produzione di film flessibili piezoelettrici senza Pb e multiferroici per la raccolta e accumulo di energia.

La progettazione, produzione ed il controllo strutturale di questi compositi a livello nano e microscopico devono prevedere la combinazione di una matrice polimerica organica flessibile (principalmente idrofobica) con componenti attivi rigidi di natura ceramica essenzialmente idrofilici. L’accoppiamento tra queste due fasi deve essere accuratamente ottimizzato al fine di garantire un efficiente trasferimento dello stress sotto carico dinamico.

Film compositi flessibili vengono preparati attraverso due differenti metodi: a) hot-pressing della miscela di polveri comprendente la fase ceramica e il polimero PVDF, b) solvent casting.

CNR-ISTEC è coinvolto nella sintesi delle polveri ferroelettriche (BNBT, BCTZ) e multiferroiche (compositi ferrite + fase ferroelettrica) da utilizzare come componenti funzionali, così come nelle caratterizzazioni composizionali, strutturali, dielettriche, elastiche e piezoelettriche in collaborazione con CNR-ISM. CNR-SCITEC si occuperà invece della preparazione dei compositi per dispositivi di accumulo. Infine, il partner serbo sarà coinvolto nella preparazione di film flessibili per energy harvesting e loro caratterizzazione ferroelettrica e di risposta in frequenza e magnetica. I film ottenuti verranno testati in dispositivi di dimensioni prototipali per energy harvesting costruiti dal team serbo.

Pubblicazioni

• L. Pardo, A. García, K. Brebøl, E. Mercadelli, C. Galassi “Enhanced properties for ultrasonic transduction, phase transitions and thermal depoling in 0.96(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.04BaTiO3 submicron structured ceramic”, Journal of Physics D: Applied Physics, 44 (2011) 335404
• L. Pardo, E. Mercadelli, A. García, K. Brebøl, C. Galassi “Field-induced phase transition and relaxor character in submicron structured lead-free (Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3 piezoceramics at the morphotropic phase boundary” Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, vol. 58 [9] (2011) 1893-1904
• F. Cordero, F. Craciun, F. Trequattrini, E. Mercadelli and C. Galassi “Phase transitions and phase diagram of the ferroelectric perovskite (Na0.5Bi0.5)1−xBaxTiO3 by anelastic and dielectric measurements”, Physical Review B, 81 (2010) 144124
• E. Mercadelli, A. Sanson, C. Capiani, A. L. Costa, C. Galassi “Influence of the synthesis route on the properties of BNBT ceramics”, Processing and Application of Ceramics, 3 (2009), 73–78
• E. Mercadelli, C. Galassi, A.L. Costa, S. Albonetti, A. Sanson “Sol-gel combustion synthesis of BNBT powders”, Journal of Sol-Gel Science and Technology, 46 (2008) 39-45