Il progetto CubaGREEN si propone di realizzare la sintesi di semiconduttori colloidali ternari alla nanoscala e lo sviluppo di metodi innovativi di caratterizzazione strutturale, di morfologia e dimensione, al fine di derivare informazioni fondamentali su di essi, dalla scala atomica a quella nanometrica.
Nell'ambito del progetto verranno sviluppati metodi integrati di scattering di raggi-X e gli stessi saranno applicati per la caratterizzazione di nanocristalli colloidali I-III-VI2 (I = Cu+, III = Al3+, Ga3+, In3+, e VI = S2-, Se2-, Te2-). Questi nanomateriali sono molto promettenti per applicazioni optoelettroniche e nel fotovoltaico, come alternativa "green" ai semiconduttori convenzionali a base di Pb o Cd. Tuttavia, l'origine delle loro buone prestazioni è ancora poco chiara, così come la correlazione di queste ultime con fondamentali parametri strutturali e composizionali.
Gli obiettivi che si intendono raggiungere nell'ambito di CubaGREEN sono:
i) sviluppare e implementare metodologie sperimentali e di modelizzazione innovative per la caratterizzazione strutturale e microstrutturale di materiali nanocristallini, basate sull'utilizzo sinergico di metodologie di Small and Wide- Angle X-ray Total Scattering.
ii) applicare le tecniche sviluppate per la caratterizzazione alla scala atomica e nanometrica di semiconduttori colloidali I-III-VI2 (I = Cu+, III = Al3+, Ga3+, In3+, e VI = S2-, Se2-, Te2), caratterizzati da una grande varietà strutturale e composizionale. Questi materiali rappresentano altresì un sistema ideale per lo sviluppo e l'ottimizzazione delle metodologie analitiche descritte al punto i), sia per la loro complessità (mettendo quindi in luce il pieno potenziale della nuova metodologia sviluppata), che per la loro importanza come materiali funzionali emergenti.
Il progetto verrà sviluppato secondo tre punti principali:
1) sintesi dei semiconduttori ternari alla nanoscala di composizione generale I-III-VI2 (I = Cu+, III = Al3+, Ga3+, In3+, e VI = S2-, Se2-, Te2), esplorando diverse fasi cristalline e variazioni composizionali e utilizzando metodi Hot-Injection e Heat-Up, che consentono un controllo efficace di dimensioni e forma delle nanoparticelle. Sui nanomateriali sintetizzati verranno effettuate caratterizzazioni convenzionali come misure di assorbanza e fotoluminescenza.
2) Design e realizzazione di esperimenti di Small- (SAXS) e Wide- Angle X-ray Total Scattering (WAXTS), da effettuarsi su sospensioni colloidali dei materiali sintetizzati al punto 1), presso i laboratori della Aarhus University (Danimarca) per quanto riguarda gli esperimenti SAXS e Sorgenti di Luce di Sincrotrone per gli esperimenti WAXTS.
3) Sviluppo di algoritmi e modelli computazionali per la modellizzazione integrata dei dati SAXS/WAXS raccolti.
I risultati che si vogliono conseguire con il progetto CubaGREEN sono:
i) definizione di metodologie sperimentali e computazionali basate su tecniche di scattering a raggi X per la caratterizzazione strutturale, di forma e dimensione di materiali nanostrutturati.
ii) Individuazione delle proprietà dalla scala atomica a quella nanometrica di semiconduttori ternari alla nanoscala del tipo I-III-VI2, in particolare difettistica strutturale e composizionale, dimensione e morfologia.
iii) Correlazione di proprietà strutturali con le peculiari proprietà optoelettroniche di questi materiali, al fine di valutare l'influenza di difetti strutturali o variazioni composizionali su di esse. Questo risultato è di fondamentale importanza al fine di guidare futuri approcci sintetici e promuovere questa classe di materiali quali alternativa “green” a nanomateriali a base di Pb e Cd, performanti ma ad elevato impatto ambientale.