Il trattamento con laser ad impulsi ultracorti delle superfici di diamante rappresenta una soluzione innovativa per aumentare la limitata assorbanza dello spettro solare derivante dall'ampia bandgap del diamante stesso. Tale trattamento è in grado di produrre un materiale come il black diamond, introducendo difetti nella bandgap e nanostrutturando la superficie così da intrappolare efficacemente i fotoni della radiazione solare incidente.

Si veda:

FP7-Energy Collaborative - E2PHEST2US, Grant Agreement n.241270 (2010-2012)

FP7-Energy FET - ProME3THE2US2, Grant Agreement n.308975 (2013-2016)

H2020 FET-OPEN - AMADEUS, Grant Agreement n.737054 (2017-2020)

Daniele M., Trucchi, Advanced Energy Materials 8, 1802310 (2018) DOI: 10.1002/aenm.201802310

• Creazione di tracce conduttive all'interno di materiali isolanti (es tracce grafitiche all'interno di diamante);

• Creazione di microcanali mediante autofocheggiamernto del fascio laser utilizzando lenti a focale lunga (>1 m).

Si veda: Sergey M., Avanesyan, Appl. Surf. Sci. 248, 129 (2005)
DOI:10.1016/j.apsusc.2005.03.014

I polimeri stanno sostituendo progressivamente metalli e leghe metalliche in applicazioni tecnologiche e vi è un grande interesse verso i trattamenti fisico-chimici per la modifica delle proprietà superficiali. Lo scopo di queste attività di ricerca è la modulazione delle proprietà fisiche e chimiche di superfici polimeriche al fine di migliorarne le prestazioni in alcune applicazioni come le celle solari e per il settore automotive. I trattamenti laser sono di particolare interesse per modificare morfologicamente e chimicamente un polimero. Per raggiungere tale obiettivo, impieghiamo sorgenti laser (al fs o al ns) scegliendo opportunamente i parametri laser come: energia dell'impulso, dimensione dello spot laser e distanza del fascio laser focalizzato dalla superficie del campione. I campioni trattati vengono caratterizzati mediante microscopia elettronica a scansione (SEM), diffrazione di raggi X (XRD), spettroscopia u-Raman e misure di bagnabilità. I risultati morfologici finora ottenuti hanno evidenziato la formazione di strutture periodiche di dimensioni micrometriche e sub-micrometriche tali da mantenere le principali caratteristiche chimiche della superficie del polimero ma modulando le proprietà fisiche superficiali come ad esempio la bagnabilità.

Si veda: A. Guarnaccio et al., Femtosecond Laser Surface Texturing of Polypropylene copolymer for automotive paint applications (in manuscript).

Contatto: Ambra Guarnaccio

Nanostrutturazione superficiale dei materiali con varie morfologie anche bioispirate e determinate da

• Utilizzo di due impulsi laser al fs ritardati in tempo nell'intervallo (100 fs-2 ns): 2D-LIPSS;

• Polarizzazione lineare dei due fasci incidenti (verticale-orizzontale) ovvero polarizzazione circolare (levogira-destrogira).

Effetti delle diverse morfologie alla nanoscala

• Variazione modulabile delle proprietà superficiali dei materiali (es. chimico-fisiche, ottiche ecc.).

Strutture periodiche 2D con passo di circa 80 nm sono state realizzate per la prima volta su superfici di diamante monocristallino utilizzando due fasci laser ultracorti linearmente polarizzati e perpendicolari tra loro (2D-LIPSS) ottenuti tramite la messa a punto di un set-up sperimentale tipo interferometro di Michelson e ritardati otticamente nell'intervallo 100 fs - 50 ps. Attraverso tale configurazione è già stato dimostrato come sia possibile realizzare strutture periodiche superficiali il cui passo va da 1/4 fino a 1/10 della lunghezza d'onda della radiazione incidente. L'entità del ritardo tra i due impulsi nella strutturazione 2D-LIPSS determina la struttura risultante. La 2D-LIPSS messa a punto consente di controllare, nel dominio temporale fs-ps, l'interferenza tra il raggio laser incidente e i polaritoni plasmonici superficiali indotti in modo da permettere, alla nanoscala, la fabbricazione di strutture periodiche superficiali 2D, così da poter applicare tale tecnica in modo versatile ai materiali ad alta band-gap modulandone le proprietà che possono essere collegate sia alla scala dimensionale che alla geometria delle nanostrutturazioni generate superficialmente via 2D-LIPSS.

Si veda: M. Mastellone et al., submitted, 00 (2020) 00

Applicazioni DiaTHEMA Lab

Contatto: Antonio Santagata