Fisica delle superfici e interfacce, e dei materiali ibridi
Il gruppo di Fisica delle Superfici e delle Interfacce studia fenomeni interfacciali che interessano principalmente liquidi confinati in micro- e nano-strutture, che sono caratterizzati da un grande rapporto superficie-volume. In dettaglio, si occupa di microfabbricazione, microfluidica di gocce, bagnabilità, nanotribologia, proprietà ottiche di materiali bidimensionali, e sviluppo di sistemi ottici per esperimenti di materia soffice e microfluidica.
Staff
Professoresse e Professori di I fascia:Giampaolo Mistura, Cinzia Sada
Professoresse e Professori di II fascia: Michele Merano, Matteo Pierno
Ricercatrici e Ricercatori: Davide Ferraro, Daniele Filippi, Annamaria Zaltron
Personale tecnico: Nicola Argiolas, Luca Bacci, Giorgio Delfitto, Carlo Scian
Assegniste/i e Borsiste/i
Alessio Meggiolaro, Chiara Maceri, Valentina Moccia, Noemi Torriero
Dottorande/i
Daniele Andrean, Giovanni Bragato, Leonardo Cobelli, Sebastian Cremaschini, Beatrice Crestani, Andrea De Marco, Filippo Marinello, Giovanni Piccolo
Attività di ricerca
Microfluidica di gocce
La microfluidica è la scienza che studia come manipolare piccole quantità di liquidi (dai uL ai fL) usando canali di dimensioni micrometriche (dai 10 ai 100um). Le piccole dimensioni garantiscono flussi laminari all’interno dei canali e quindi un ottimo controllo del moto dei liquidi. La microfluidica di gocce prevede la generazione di emulsioni controllate tra due o più fasi immiscibili mediate l’uso di canali microfluidici. In questi sistemi, ogni goccia può essere considerata come un micro-reattore indipendente dalle altre gocce e dal sistema circostante. Per questo, la microfluidica di gocce è in rapida espansione garantendo applicazioni in ambito chimico, biologico, ma anche per studi fondamentali di sistemi complessi. In particolare, ci occupiamo della realizzazione di emulsioni per studi fondamentali del comportamento di gocce in sistemi confinati e per applicazioni biomedicali, quali l’isolamento delle vescicole extracellulari.
Contatti: Giampaolo Mistura, Davide Ferraro, Matteo Pierno
Bagnabilità di superfici ingegnerizzate
La bagnabilità di una superficie è un fenomeno fondamentale della fisica delle interfacce, che riguarda la forma e il moto di gocce depositate su una superficie. Comprendendo e controllando il fenomeno della bagnabilità, agendo sulla chimica e la fisica delle superfici, è quindi possibile controllare il moto dei liquidi. Per esempio, è possibile bloccare le gocce in regioni definite di una superficie o, al contrario, facilitarne il moto riducendo l’attrito usando delle superfici lubrificate (Lubricant-Infused Surfaces) che stanno avendo un ampio sviluppo in diversi ambiti applicativi. È inoltre possibile controllare il moto di gocce tramite metodi attivi, come l’applicazione di campi elettrici, magnetici, ottici o oscillazioni meccaniche. In particolare, ci occupiamo di studiare questi fenomeni, sia da un punto di vista fondamentale, sia applicativo.
Contatti: Giampaolo Mistura
Materia Soffice
Con l’espressione Materia Soffice “Soft Matter”, che ha iniziato ad affermarsi negli anni 90 del secolo scorso dopo il conferimento del premio Nobel a Pierre-Gilles de Gennes, si individua comunemente una classe si sistemi complessi alla scala mesoscopica (da qualche decina di nanometri a decine di micron) come sospensioni di colloidi, polimeri, macromolecole, cristalli liquidi, emulsioni. Questi sistemi così diversi tra loro hanno in comune il fatto che l’energia delle mutue interazioni è spesso confrontabile con la scala dell’energia termica. Questo fatto conferisce ai sistemi “soft” una risposta complessa alla deformazione caratterizzata dalla contemporanea presenza di caratteristiche elastiche e viscose. La dinamica risultante, sia essa in equilibrio o sotto l’azione di un campo di forze esterno, è molto ricca e spesso caratterizzata da molteplici costanti di tempo (eterogenea, intermittente, etc.). Noi ci occupiamo in particolare del confinamento microfluidico di sistemi “soft”, in cui le condizioni al contorno possono modificare profondamente le proprietà globali di questi sistemi, come ad esempio generare diverse velocità locali, diversi gradi di fluidità, diversi processi diffusivi. Inoltre, studiamo anche sistemi “attivi” in cui la dinamica è profondamente modificata dalla trasformazione di energia interna in moto (sistemi autopropellenti).
Contatti: Matteo Pierno
Nano- e micro-tribologia di sistemi modello
La tribologia è la scienza che studia l’attrito tra due sistemi a contatto, e coinvolge diversi ambiti applicativi e di ricerca, tra cui l’ingegneria, la scienza dei materiali, la chimica, la fisica e le nanotecnologie. Nonostante l’importanza della tribologia, diversi aspetti fisici fondamentali relativi ai fenomeni dissipativi non sono ancora stati completamente compresi o investigati. Questo a causa della loro complessità legata a processi non lineari e fuori equilibrio e alla difficoltà di realizzare interfacce modello. In particolare, studiamo il comportamento tribologico di sistemi modello bidimensionali su diverse scale spaziali e temporali: dallo scivolamento di film atomici o molecolari mediante una microbilancia al quarzo, alla dinamica di cristalli microfluidici usando tecniche opto-fluidiche.
Contatti: Giampaolo Mistura, Matteo Pierno
Piattaforme opto-microfluidiche multifunzionali in niobato di litio
L’attività di ricerca è focalizzata sullo sviluppo di nuove piattaforme opto-microfluidiche su cristalli di niobato di litio per lo studio dei fenomeni fisici promossi in sistemi confinati delle dimensioni sub millimetriche e micrometriche come le gocce. Particolare attenzione è rivolta alla comprensione e relativa descrizione delle proprietà chimico-fisiche di tali sistemi e la relativa risposta ad effetti foto-indotti al variare della loro composizione anche per applicazioni di rivelazione di specie disperse sottoforma di aggregati che siano di interesse in analisi di contaminazioni e inquinamento ambientale.
Contatti: Cinzia Sada
Materiali per l’ottica integrata
L’attività di ricerca è focalizzata sullo studio di nuovi materiali e relativa caratterizzazione delle proprietà fisiche per applicazioni in ottica avanzata con particolare riferimento ad approcci non convenzionali per sensing ottico selettivo di molecole, gas e aggregati ed elementi biologici. L’interesse è rivolto allo sviluppo di materiali ibridi inorganici/organici la cui configurabilità e modularità è scalabile per costituire piattaforme multifunzionali che sfruttino le potenzialità dell’ottica integrata e la diversificata risposta ottica promossa da modifiche composizionali, morfologiche anche foto-indotte su tali materiali.
Contatti: Cinzia Sada
Proprietà ottiche dei materiali 2D e delle eterostrutture
I cristalli bidimensionali sono una nuova classe di materiali di grande interesse scientifico e tecnologico. Ci si aspetta che possano essere utilizzati in numerose nuove applicazioni e sfidano gli scienziati a comprendere a fondo le loro proprietà fisiche. La nostra attività di ricerca verte sull’interazione radiazione materia nei cristalli bidimensionali, con l’allestimento di apparati sperimentali che permettano di studiare le loro proprietà ottiche fondamentali. Insieme ad aspetti puramente scientifici ci focalizziamo anche su obiettivi tecnologici quali la progettazione di rivestimenti ottici innovativi.
Contatti: Michele Merano
