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Cluster beam deposition : a tool for nanoscale science and technology
No full textGas phase nanoparticle production, manipulation and deposition is of primary importance for the synthesis of nanostructured and nanocomposite materials and for the development of industrial processes based on nanotechnology. In this presentation we will present and discuss this approach, introducing cluster sources, nanoparticle particle formation and growth mechanisms and the use of aerodynamic focusing methods that are coupled with supersonic expansions to obtain high intensity cluster beams with a control on nanoparticle mass and spatial distribution [1]. The implication of this technique for the synthesis of nanostructured and nanocomposite materials will be presented and applications will be highlighted [1, 2]. The recent results on the production of polymer supported Micro-Electrode Array device will be also discussed in dept.
[1] K. Wegner et al., J. Phys. D: Appl. Phys. 39, R439 (2006);
[2] L. Ravagnan et al., arXiv:0902.022
Growth of sp-sp2 nanostructures in a carbon plasma
No full textThe growth of sp and sp2 nanostructures in a carbon plasma is simulated by tight-binding molecular dynamics. The simulations are arranged so as to mimic the cluster formation conditions typical of a pulsed microplasma cluster source which is used to grow nanostructured sp-sp2 carbon films [ L. Ravagnan et al. Phys. Rev. Lett. 98 216103 (2007)]. The formation of linear, ring, and fullerenelike objects in the carbon plasma is found to proceed through a very long multistep process. Therefore, tight-binding simulations of unprecedented duration have been performed by exploiting the disconnected topology of the simulated carbon plasma which made it possible to implement a computationally efficient divide-and-diagonalize procedure. Present simulations prove that topologically different structures can be formed in experiments, depending on the plasma temperature and density. A thorough characterization of the observed structures as well as their evolution (caused both by thermal annealing and by cluster ripening) is provided
Piani, programmi e progetti per la rigenerazione urbana nel Lazio
No full textIl testo introduttivo di I. Poli e C. Ravagnan apre la Sezione finalizzata a delineare un quadro dei riferimenti sulla rigenerazione urbana a partire dal dibattito disciplinare nazionale e internazionale e attraverso la lettura delle principali sperimentazioni in corso nel Lazio.
Il concetto di rigenerazione urbana sottende innanzitutto l’integrazione tra azioni fisiche sul patrimonio edilizio e urbanistico, e azioni di natura sociale, culturale, economica e ambientale, nel rispetto dei principi di sostenibilità e di partecipazione, supportati da un solido e strutturato governo pubblico e da forme di partenariato pubblico-privato. In questo quadro, vengono individuati i fronti più avanzati del dibattito delineati nel corso delle iniziative dell’Istituto Nazionale di Urbanistica del 2015, la Biennale dello spazio pubblico e il Festival delle Città metropolitane, in occasione delle quali è apparso chiaro come l’innovazione dei riferimenti inerenti la rigenerazione urbana, riguardi sempre più non tanto e non solo questioni endogene agli approcci della disciplina urbanistica, quanto tematiche collegate all’inesorabile cambiamento globale del contesto ambientale, socio-economico e culturale. Tale contesto richiede un’idea di città da conseguire attraverso strategie di adattamento e di resilienza riferite all’ambiente urbano basate su nuovi modelli di mobilità sostenibile, sull’efficientamento energetico del patrimonio edilizio, sullo spazio pubblico come componente prioritaria per la promozione della qualità urbana, dell’inclusione sociale e dell’eco-innovazione, sulla residenza pubblica come campo privilegiato della sperimentazione progettuale finalizzata a superare la marginalizzazione fisica e sociale e a valorizzare l’identità locale. In questo quadro i differenti contributi sollevano induttivamente l’attenzione sulle diverse componenti della città che possano costituirsi come cardini degli interventi di rigenerazione: la strada nelle sue diverse accezioni, sia di elemento strutturale dell’armatura urbana sia di spazio pubblico per antonomasia (N. Savarese), le attrezzature energetiche e tecnologiche (cfr. B. Nastasi); i percorsi della mobilità dolce e le attrezzature pubbliche per i servizi scolastici, culturali e ricreativi (P. Carobbi; G. Buttarelli, P. Colarossi; L. Fonti); l’edilizia residenziale pubblica (D. Modigliani, M. T. Bruca)
Europa mediterranea. Per una strategia di riequilibrio e di rigenerazione della città contemporanea
No full textLe città metropolitane dell’Europa mediterranea sono caratterizzate dalla coesistenza di una molteplicità di forme insediative che accostano a territori stratificati e culturalmente connotati una più recente proliferazione insediativa, congestionando le reti infrastrutturali e aggredendo quelle ambientali.
Inoltre, i flussi migratori che hanno storicamente interessato queste metropoli “di confine”, luogo di convivenza di diverse culture, ma anche spazio di conflitti sociali e territoriali, pongono oggi all’attenzione nuove e urgenti sfide per il welfare urbano.
In questo quadro e nell’ambito di attività di ricerca in corso, il contributo, anche attraverso l’approfondimento di casi di studio italiani, francesi e spagnoli, fa riferimento al ruolo rilevante che l'urbanistica e la pianificazione devono svolgere ai fini della messa in campo di una strategia di riequilibrio per il superamento dei conflitti in corso, assumendo come matrice strutturante la costruzione della città pubblica
Electronic and vibrational properties of sp carbon atomic wires : effects of boundary constraints
No full textThe role of carbon-based devices in post-silicon nanoelectronics is gaining a rapidly increasing importance, due to the availability of carbon nanosystems, such as fullerenes, nanotubes, graphenes. These can be considered as potential building blocks of complex architectures with novel electronic and magnetic properties.
Carbon nanowires consisting of sp-hybridized linear carbon chains are potentially another strategic component to integrate these carbon nanosystems in complex architectures, as it is routinely done in silicon nanoelectronics. Linear sp-carbon chains, characterized by double bonds (cumulene) or alternating single and triple bonds (polyyne), have been object of theoretical studies as ideal molecular conductors, and as building blocks of low dimensional solids with unusual properties. Despite their potential properties, the role of sp nanowires in the carbon-based electronics arena is still generally perceived as somehow marginal: polyynes and cumulenes have been considered for several decades as exotic allotropic forms due to their high reactivity and their tendency to undergo cross-linking reaction to form sp2 carbon. Recently, we demonstrated that large carbon clusters where sp and sp2 hybridization coexist can be formed in the gas phase [1] and deposited on a substrate to form a nanostructured film where sp chains are stable at room temperature [2, 3].
Here we report on first-principles DFT calculations combined with experimental Raman spectra on cluster-assembled sp-sp2 carbon films [4]. Ab-initio total energy and phonon calculations were performed on a selected range of model structures sampling significantly the infinite variety of three-dimensional arrangements of sp-chains bridging graphitic fragments in different hybridization states (Figure 1). Theoretical results suggest that sp-carbon chains are stabilized by sp2 or sp3 terminations (in particular by bonding to the edges of graphitic nanofragments) and allow us to interpret the nontrivial features and decay of the experimental Raman spectra. Moreover, the data for sp2-terminated chains point towards a rich phenomenology driven by even/odd alternation effects and by the effects of torsional strain. This unexplored effect promises many exciting applications since it allows one to modify the conductive states near the Fermi level, suggesting the possibility to control the nanowire conductance, and to switch on and off the on-chain pi-electron magnetism, purely by twisting its sp2 termination.
Carbon atomic chains bridging graphene nanogaps, recently proposed as an explanation of the conductance switching in two-terminals graphene devices [5, 6], could hence originate an unexpected variety of geometrically-driven physical effects with many potential applications. Recently such systems have also been experimentally realized and observed by HR-TEM [7], thus opening the way to a completely new class of all-carbon devices.
[1] M. Bogana et al., New J. Phys. 2005, 7, 81.
[2] L. Ravagnan et al., Phys. Rev. Lett. 2002, 89, 285506.
[3] L. Ravagnan et al., Phys. Rev. Lett. 2007, 98, 216103.
[4] L. Ravagnan et al., Phys. Rev. Lett. in print, arXiv:0902.2573v4.
[5] B. Standley et al., Nano Lett. 2008, 8, 3345.
[6] Y. Li, A. Sinitskii, et al., Nat. Mater. 2008, 7, 966.
[7] C. Jin et al., Phys. Rev. Lett. 2009, 102, 205501
L’ Edilizia residenziale sociale nella strategia di rigenerazione del piano urbanistico
No full textLa riflessione muove dalla constatazione, con riferimento ai contesti metropolitani italiani, dell’ingente domanda di edilizia pubblica e della inadeguata offerta del mercato libero rispetto alle capacità di spesa della cosiddetta “fascia grigia”. Muove altresì dalla consapevolezza del riemergere della questione abitativa come tema centrale anche nel dibattito sull'innovazione delle strategie e dei meccanismi di attuazione urbanistici, con particolare riferimento ai temi dello sprawl e del pendolarismo. La questione abitativa si pone quindi come problematica per il governo della città contemporanea, dal carattere emergenziale e strutturale al tempo stesso, e richiede la messa in campo di regole e strumenti operativi all'interno di una strategia di rigenerazione urbana. In questo orizzonte di riferimento, le proposte e le esperienze di innovazione del piano urbanistico generale, a cui si fa riferimento propongono un modello perequativo di piano finalizzato a conseguire il mix abitativo come garanzia di mixité e coesione sociale, localizzazioni di nuovi alloggi sociali nella città esistente accessibile come garanzia di sostenibilità urbanistica, e meccanismi perequativi finalizzati alla dotazione di ERS sulla base di principi di equità e operatività. Tre aspetti sono giudicati significativi per garantire la reale sostenibilità del progetto di città: la produzione di un'offerta di alloggi sociali a locazione permanente o di lunga durata rispetto a quella destinata alla vendita, la realizzazione di alloggi nella città esistente, senza ulteriore consumo di suolo, il limitato ricorso alla monetizzazione dello standard urbanistico aggiuntivo o delle quote di edificabilità connesse all'edilizia sociale. Alcune sperimentazioni vengono giudicate emblematiche: interventi puntuali come la rivitalizzazione del Palazzo Sgariglia ad Ascoli e la realizzazione delle residenze Sharing a Torino attraverso il riuso di un edificio delle Poste ma anche esperienze di pianificazione come il PGT di Milano e il POC di Bologna
Supersonic Cluster Beam Implantation : a new process for biocompatible and stretchable metallization of polymers
No full textThe interest for micro- and nanomanufacturing of polymeric materials is continuously increasing driven by different fields such as bioelectronics, flexible optoelectronics and microfluidics for biomedical and chemical analysis systems. The need of polymer-based microdevices incorporating sensing, signal conditioning and actuating functions require the ability to integrate on polymer substrates metallic micrometric electrodes, contacts, wires, circuits and interconnections. The standard approach used for producing such structures is atomic physical vapor deposition of noble metals; this method, although cheap and easily scalable, has poor performances in terms of layer adhesion and attainable lateral resolution. Furthermore such process causes a considerable heating of the sample during the deposition and require the use of pre-treatments of the polymer surface (as for instance the deposition of a Cr layer) in order to promote the adhesion of the metal layer [1]: both these processes can alter the properties (as biocompatibility) of the polymeric substrate.
Recently we developed a new method for polymer metallization: the implantation of neutral metal cluster in a polymer substrate. The clusters are produced in the form of a Supersonic Cluster Beam by a Pulsed Microplasma Cluster Source (PMCS) [2] and, thanks to the cluster’s inertia, they are implanted at room temperature in the polymer substrate forming a metal-polymer nanocomposite layer [3]. Unlike atomic physical vapor deposition, we did not alter the polymer surface with chemical or physical treatments in order to improve the adhesion of deposited metal clusters. Furthermore, neither sample heating nor sample charging was induced by the Supersonic Cluster Beam Implantation (SCBI) process [3].
Here we present the application of this process for the fabrication of a biocompatible elastomer-based nanocomposite materials made by gold clusters implanted in a polydimethylsiloxane (PDMS) matrix. The cluster implantation process was monitored during the deposition by measuring the evolution of the electrical properties of the nanocomposite as a function of the amount of deposited clusters [3]. After the deposition, we studied the electro-mechanical performances of the nanocomposite, by measuring the variation of its resistance during uniaxial stretching cycles. Remarkably, the conducting elastomers subjected to 40% strain cycles show finite and reproducible electrical resistance over thousands of cycles (up to 50000). Furthermore, the resistance measured at the point of maximum elongation of the polymer decreases as the number of cycles increases, at odd with what happens in similar experiments on metal coating deposited on the surface of elastomers [1]. All the obtained results give clear evidences of a high adhesion between the implanted conducting traces and the polymer substrate.
Next, we carried out preliminary biocompatibility tests: neuronal cells were cultured in vitro both on Au-PDMS nanocomposites and on bare PDMS films used as reference samples. The results have shown that cell adhesion and vitality improve on the nanocomposites in respect to the reference samples (that are already biocompatible), proving the high biocompatibility of this novel material.
Finally, we have demonstrated the possibility to use SCBI to pattern high-resolution features on soft and stretchable substrates. Thanks to the very low divergence of the cluster beam produced by the PMCS source (below 1° [2]), we were able to produce on the PDMS substrates conductive patterns with micrometric resolution through standard stencil mask techniques, as for example gold dots with high packing density (dot radius of 15 μm and inter-dot distance of 12 μm).
These results indicate that SCBI can be considered a promising tool for the fabrication of conducing patterns on flexible and untreated elastomer substrates, it is compliant with biomechanical and micropatterning constraints and it is capable to assure high biocompatibility to the produced materials, as needed by new classes of stretchable bioelectronic devices.
[1] I. M. Graz, D. P. J. Cotton and S. P. Lacour, Appl. Phys. Lett. 94 (2009): 071902.
[2] K. Wegner, P. Piseri, H. V. Tafreshi and P. Milani, J. Phys. D: Appl. Phys. 39 (2006): R439–R459.
[3] L. Ravagnan, G. Divitini, S. Rebasti, M. Marelli, P. Piseri, P. Milani. J. Phys. D: Appl. Phys. 42 (2009) 082002
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