BANDO PRIN 2022D. D. N. 104 DEL 2 FEBBRAIO 2022

TITOLO DEL PROGETTO SUPERcrystals by ligand-controlled organization of colloidal nanoparticles (SUPERNANO)

CODICE CUP D53D23005380006

Budget: € 83.864

P.I. o Responsabile U.R. 

Prof. Roberto Grisorio

Altre Unità di Ricerca o eventuali Sub Unità

Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR)

Università “Federico II” di Napoli 

BREVE DESCRIZIONE DEL PROGETTO

Il progetto SUPERNANO si inserisce nel campo dei nanomateriali e mira allo sviluppo di supercristalli tridimensionali (SCs) ottenuti tramite l’auto-assemblaggio controllato di nanoparticelle colloidali, in particolare quantum dots e nanocristalli perovskitici. L’obiettivo è superare il limite della difficile integrazione delle nanoparticelle nei dispositivi, creando strutture su scala micrometrica che mantengano le proprietà ottiche ed elettroniche tipiche della scala nanometrica. Gli SCs rappresentano infatti sistemi in cui le nanoparticelle si comportano come “atomi artificiali”, dando origine a proprietà collettive emergenti. Il progetto combina i) sintesi controllata di nanoparticelle, ii) ingegneria dei ligandi superficiali, iii) tecniche di auto-assemblaggio e iv) caratterizzazione avanzata e modellistica multiscala.

FINALITÀ

Le principali finalità del progetto riguardano i) la realizzazione di supercristalli 3D altamente ordinati a partire da nanoparticelle luminescenti, ii) il controllo dell’interazione tra nanoparticelle attraverso la progettazione dei ligandi, riducendo le distanze interparticellari, iii) il miglioramento della stabilità e riproducibilità delle superstrutture, iv) l’accoppiamento elettronico tra nanoparticelle per ottenere proprietà collettive avanzate e v) lo sviluppo di materiali funzionali per applicazioni optoelettroniche e fotoniche.

Un aspetto chiave è l’ingegneria della chimica superficiale per passare da sistemi debolmente accoppiati a strutture con forte interazione elettronica e delocalizzazione degli stati.

RISULTATI ATTESI

Il progetto prevede di ottenere:

• supercristalli stabili e altamente ordinati, con controllo sulla morfologia e sulla fase cristallina,
• riduzione della distanza tra nanoparticelle fino al regime sub-nanometrico,
• emergenza di proprietà collettive (es. coupling dipolare, minibande elettroniche),
• miglioramento delle proprietà ottiche (emissione, efficienza, controllo spettrale),
• sviluppo di una modellistica multiscala predittiva per la progettazione dei materiali.

Questi risultati sono fondamentali per applicazioni in:

• LED e laser
• dispositivi optoelettronici
• fotonica avanzata
• tecnologie quantistiche

RISULTATI RAGGIUNTI

L’attività sperimentale ha portato a risultati rilevanti nella comprensione e nella realizzazione di supercristalli a base di nanocristalli perovskitici:

• Sviluppo di una strategia di auto-assemblaggio controllato basata su destabilizzazione lenta in presenza di anti-solvente, che consente la formazione diretta di supercristalli micrometrici ben definiti,

• Dimostrazione del ruolo del doping con Mn(II) nel modificare le proprietà ottiche (introduzione di banda emissiva rosso-arancio), la morfologia e la dinamica di assemblaggio,

• Osservazione di strutture gerarchiche complesse, con domini interni bulk-like non emissivi e regioni periferiche ancora nanocristalline e luminescenti,

Nel complesso, questi risultati hanno dimostrato che il doping e la chimica superficiale influenzano profondamente l’auto-assemblaggio ed è possibile progettare superstrutture con proprietà ottiche e strutturali su misura.