Il gruppo di Scienza e Tecnologia dei Materiali (STM) fa parte del Dipartimento di Ingegneria dell’Università di Roma Tre il quale è stato selezionato dal Ministero tra i 180 Dipartimenti di Eccellenza vincitori della selezione per “Dipartimenti di eccellenza 2018-2022” del MIUR per l’area “08 – Ingegneria civile ed Architettura”. 

Il gruppo è composto da quattro unità di personale (un professore ordinario, un professore associato, una ricercatrice, un tecnico specializzato) e un team, finanziato principalmente attraverso progetti di ricerca, composto da circa 5 unità con i seguenti profili: due dottori di ricerca, tre dottorandi; il gruppo è inoltre coadiuvato da laureandi magistrali in Ingegneria Meccanica, Bio-Ingegneria e Aeronautica, che stanno svolgendo la tesi, impegnati in attività formative relative a progetti di ricerca sostenuti da imprese industriali.


 

 

Test di nanoindentazione SEM in situ di una microcapsula polimerica di 30 micron di diametro che mostra una grande deformazione prima della rottura

 

Completo controllo del fascio ionico (FIB) nella realizzazione di micro e nanostrutture 3D tramite procedure di script automatizzate

 

Il gruppo vanta un ampio parco di strumenti allo stato dell’arte per la caratterizzazione microstrutturale, composizionale e meccanica che sono tra loro integrati e complementari, sui quali sono state sviluppate metodologie e tecniche di analisi e manipolazione dei materiali originali ed innovative. Tra questi vale la pena citare le microscopie a fascio elettronico (in scansione – SEM e in trasmissione – TEM -), la microscopia ionica (FIB) e quella a stilo (AFM), la caratterizzazione nanomeccanica e di energia superficiale, la diffrazione a raggi X. Caratteristiche quali la durabilità e il comportamento in esercizio possono poi essere simulate grazie ad altre risorse disponibili, quali una camera a nebbia salina e un tribometro di nuova concezione sviluppato e brevettato dal gruppo stesso.

Le linee di ricerca possono essere brevemente elencate:

  • Analisi microstrutturali e compositive
  • Prove tecnologiche di resistenza ad usura e a corrosione ad umido
  • Sviluppo di metodi per la misura locale e la mappatura di proprietà meccaniche di superficie su più scale dimensionali
  • Sviluppo di metodo per la misura locale e la mappatura degli stati tensionali superficiali
  • Sviluppo di metodi per la misura locale e la mappatura dell’energia superficiale
  • Sviluppo di metodi di patterning alla mesoscala su larghe aree
  • Ingegneria Forense e failure analysis
Qualche parola in più…

L’ingegneria delle superfici è la disciplina che affronta il problema della progettazione integrata di superficie e substrato, così da fabbricare un sistema solido con variazioni graduali delle sue funzioni e offrire un notevole miglioramento delle prestazioni, garantendo al contempo l’efficienza di costi (Bell 2000).
Al fine di conferire caratteristiche nuove o migliorate sia funzionali sia strutturali (ottiche, termofisiche, elettriche, magnetiche, adesive o antiadesive, di passivazione, di biocompatibilità, di ridotto coefficiente di attrito, di elevata tenacità o resilienza, di elevata durezza, …), esistono moltissime tecnologie già disponibili sul mercato per ottenere adeguate proprietà superficiali le quali hanno un impatto economico rilevante: stime recenti valutano in circa il 3% del PIL il valore dell’industria del trattamento delle superfici in Italia, con circa diecimila aziende coinvolte in tale settore (Manuale di trattamenti e finiture, 2003).
La scala dimensionale propria dell’ingegneria delle superfici copre ben 6 ordini di grandezza: i rivestimenti si possono infatti classificare in base ai seguenti elementi: materiali depositati (metallici, ceramici, polimerici o compositi); spessori di rivestimento (film sottili, nell’ordine delle decine di micrometri, e film spessi, fino a qualche millimetro); durezza (rivestimenti morbidi, duri, superduri); applicazione (per resistenza a usura, resistenza a corrosione, resistenza a fatica, barriera termica, decorazione ecc.); struttura (a costituente singolo, multicomponente, monostrato, multistrato, a gradiente).
I principali problemi dell’odierna ingegneria delle superfici sono legati alla limitata affidabilità industriale di diverse tecnologie, ai costi di alcuni processi, alla difficoltà di caratterizzare con tecniche semplici ed economiche una parte dei rivestimenti progettati, alla circoscritta conoscenza scientifica e tecnica. Sotto quest’ultimo punto di vista, alcuni processi con particolari complicazioni tecnologiche e le relazioni fra i parametri di processo e le proprietà derivate sono ancora poco conosciuti o sono comunque di difficile controllo a causa dell’elevato numero di parametri operativi coinvolti. Manca poi una consolidata capacità modellistica e di simulazione dei processi e dei comportamenti degli strati superficiali.
In questo contesto le attività di ricerca del gruppo di Scienza e Tecnologia dei Materiali di Roma TRE riguardano prevalentemente (ma non esclusivamente) i rivestimenti ottenuti mediante tecniche di deposizione da fase vapore e galvaniche, delle dimensioni tipiche da qualche decina di nanometri fino a qualche decina di micron.
In questo ambito, il contributo tecnico scientifico del gruppo si focalizza nella determinazione della correlazione tra la microstruttura, la composizione e le proprietà meccaniche ottenibili con i parametri di processo, potendo anche contribuire a livello di progettazione meccanica numerica ed analitica del sistema rivestimento substrato, la conseguente produzione con un impianto MS-PVD e la caratterizzazione che si avvale delle tecniche disponibili al LIME e delle altre presenti nei laboratori del gruppo, fra le quali nanoindentatori ex-situ e in-situ, un AFM e un profilometro 3D ottico interferometrico/confocale, la diffrazione a raggi X, la misura dell’energia superficiale. Un aspetto peculiare dell’approccio del gruppo è la risoluzione spaziale delle analisi meccaniche; tramite metodologie sviluppate internamente grazie a fondi provenienti sia da commesse private che da progetti nazionali ed europei, sono disponibili tecniche per la misura della tenacità, del modulo elastico, del coefficiente di poisson, delle tensioni residue che possono essere correlate localmente alle informazioni provenienti da analisi microstrutturali e compositive.