Dalla transizione ecologica allo sviluppo di nuovi processi di produzione, circolari e sostenibili, la ricerca sui materiali è oggi uno dei pilastri dell’innovazione tecnologica. Comprendere la struttura della materia su scala micro e nanometrica è infatti essenziale per progettare materiali più performanti, sostenibili e adatti alle sfide contemporanee.
Il Dipartimento di Ingegneria Chimica, dei Materiali e della Produzione Industriale (DICMaPI) dell’Università degli Studi di Napoli Federico II, è da anni impegnato nello sviluppo di materiali avanzati con un approccio fortemente interdisciplinare. Un percorso che si rafforza oggi grazie all’introduzione di un nuovo microscopio elettronico a scansione Tescan Clara, fornito e installato da Assing, che consente di approfondire l’analisi della microstruttura dei materiali con un livello di dettaglio ancora più elevato.
Ne parliamo con il professor Domenico Caputo, Ordinario di Scienza e Tecnologia dei Materiali, che racconta come questa tecnologia si inserisce nelle attività del Dipartimento e quali nuove prospettive apre nello studio di materiali ceramici, polimerici e metallici per applicazioni che spaziano dall’energia all’industria avanzata.
Prof. Caputo, può raccontarci brevemente le principali attività di ricerca sui materiali avanzati del Dipartimento di Ingegneria Chimica, dei Materiali e della Produzione Industriale dell’Università Federico II di Napoli e quali sono i filoni su cui state lavorando?
Il Dipartimento di Ingegneria Chimica, dei Materiali e della Produzione Industriale dell’Università degli Studi di Napoli Federico II svolge attività di ricerca su un’ampia gamma di tematiche relative ai materiali avanzati, secondo un approccio interdisciplinare che integra competenze di ingegneria, chimica e scienza dei materiali. Il Dipartimento è stato selezionato tra i 180 Dipartimenti Universitari di Eccellenza (ANVUR-MUR) per il quinquennio 2023–2027, riconoscimento che attesta la qualità e la rilevanza delle attività scientifiche svolte.
In particolare, le attività di ricerca si concentrano su tre grandi classi di materiali, che riflettono alcune delle principali direttrici strategiche del Dipartimento: 1) materiali ceramici, in particolare materiali nanoporosi e materiali leganti, 2) materiali polimerici e compositi; 3) materiali metallici.
I materiali ceramici rivestono un ruolo centrale nello sviluppo di soluzioni per l’ambiente, l’energia e il settore delle costruzioni. I materiali polimerici e compositi sono fondamentali per applicazioni avanzate e sostenibili e includono, ad esempio, i biomateriali, i materiali per il packaging e i materiali espansi. I materiali metallici, infine, rappresentano un pilastro fondamentale per le applicazioni strutturali, la meccanica e la manifattura avanzata, in particolare nel contesto delle tecnologie additive.
Queste aree sono fortemente integrate tra loro e condividono l’obiettivo di comprendere e controllare le relazioni tra processo, struttura e proprietà, al fine di sviluppare materiali innovativi e processi produttivi sostenibili, in linea con le sfide della transizione ecologica.
In tale contesto, il nostro Dipartimento è ampiamente coinvolto in diverse iniziative finanziate nell’ambito del Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR), tra cui i Partenariati Estesi MICS e NEST e i Centri Nazionali MOST e AGRITECH, a conferma del ruolo attivo nelle principali reti nazionali di ricerca e innovazione.
In che modo le tecniche di microscopia elettronica si inseriscono nelle vostre attività di ricerca sui materiali?
Le tecniche di microscopia elettronica sono fondamentali per le nostre attività di ricerca, in quanto consentono di analizzare la microstruttura dei materiali con elevata risoluzione spaziale.
Grazie a queste tecniche, è possibile osservare la morfologia, i difetti, la distribuzione delle fasi e la composizione chimica a scala micro- e nanometrica. Ciò è essenziale per comprendere i meccanismi che governano le proprietà dei materiali e per ottimizzare i processi di sintesi e lavorazione.
In particolare, la microscopia elettronica a scansione consente di correlare direttamente le caratteristiche microstrutturali con le prestazioni funzionali dei materiali, risultando uno strumento imprescindibile sia per la ricerca di base che per quella applicata.
Recentemente il vostro laboratorio si è dotato di un microscopio elettronico a scansione Tescan Clara acquistato e installato da Assing. Per quali tipologie di materiali o applicazioni prevedete di utilizzare maggiormente questo sistema?
Il microscopio elettronico a scansione Tescan Clara sarà impiegato in un’ampia gamma di applicazioni, in linea con la natura multidisciplinare del Dipartimento. In particolare, è previsto un utilizzo intensivo dello strumento per lo studio di materiali ceramici e compositi, al fine di analizzarne la morfologia, le interfacce e i fenomeni di degrado. Potrà inoltre trovare applicazione nell’ambito delle leghe metalliche avanzate e dei materiali per la manifattura additiva, per i quali risulta cruciale la caratterizzazione della microstruttura e l’individuazione di eventuali difetti. Ulteriori ambiti di impiego riguardano i materiali per l’ambiente e l’energia, in particolare adsorbenti e catalizzatori, per i quali la caratterizzazione su scala micro- e nanometrica è determinante ai fini della valutazione delle qualità in termini prestazionali. Infine, il sistema potrà essere utilizzato nello studio di materiali polimerici e biomateriali, contribuendo ad ampliare e rafforzare le capacità di ricerca e innovazione del nostro Dipartimento.
Quali sono le principali caratteristiche del SEM Tescan Clara che ritenete più utili per le vostre attività di ricerca?
Il SEM Tescan Clara presenta una serie di caratteristiche che lo rendono particolarmente adatto alle nostre esigenze di ricerca.
La flessibilità del sistema di rivelazione — che integra detector Multidetector e Axial — combinata con le modalità dell’ottica elettronica Wide Field e In-Flight Beam Tracing, consente una grande varietà nell’acquisizione delle informazioni con estrema facilità operativa. Grazie a questa versatilità, siamo in grado di affrontare un’ampia gamma di campioni e tipologie di analisi, adattando rapidamente le condizioni di acquisizione alle specifiche esigenze sperimentali.
Sul piano delle prestazioni, il Clara si distingue per l’elevata risoluzione spaziale ottenibile anche a bassa tensione di accelerazione, condizione fondamentale per l’analisi di materiali sensibili al fascio elettronico o di campioni con scarsa conducibilità elettrica
Infine l’interfaccia software intuitiva, l’automazione di alcune procedure di acquisizione che contribuiscono a ottimizzare i tempi di misura, nonché l’integrazione con la spettroscopia EDS che consente analisi chimiche elementali in situ, diventano particolarmente rilevanti nella gestione di sessioni multi-campione tipiche di un laboratorio di ricerca multidisciplinare come quello del DICMaPI per la caratterizzazione morfologica e compositiva dei materiali.