Settore di ricerca/ Materiali e dispositivi funzionali

I dispositivi MEMS e MOEMS sono micro-sistemi progettati per un’ampia varietà di applicazioni. Vengono realizzati con tecniche di microlavorazione e possono operare secondo principi meccanici, termici, elettromagnetici e ottici.

L’IMM dispone di un know-how consolidato nella progettazione, produzione e caratterizzazione di MEMS/MOEMS, con attività che includono:

• MEMS per microonde e onde millimetriche (interruttori, risonatori, micro/nano-antenne) su substrati come Si, Al₂O₃, SiC e GaAs.

• Integrazione di materiali funzionali per trasduzione piezoelettrica, termoelettrica e chimica, depositati con tecniche avanzate (es. ALD, MOCVD).

• MOEMS in SiC per il monitoraggio della pressione nei cilindri di motori a combustione interna.

• Sonde ultrasoniche in fibra ottica (MOEMS) per diagnostica medica minimamente invasiva.

• MEMS per la raccolta di microenergia da fonti di calore basati su nanofili semiconduttori.

• Sensori fisici per sistemi automatizzati (deformazione risonante, pressione assoluta, sensori inerziali e acustici per vibrazioni).

• MEMS/NEMS innovativi basati su materiali bidimensionali (grafene, MoS₂).

Le ricerche hanno prodotto prototipi e dimostratori con un livello di maturità tecnologica fino a TRL 5.

l gruppo di ricerca IMM sviluppa materiali organici, inorganici e ibridi per la realizzazione di sensori innovativi, basati su diverse tecniche di trasduzione (elettrica, ottica, elettromagnetica, chimica).

Le attività includono:

• Nanostrutture a base di grafene, metalli e ossidi metallici per applicazioni di sensing avanzato.

• Sensori elettrici ed elettromagnetici basati su nanomateriali carboniosi e strati mesoporosi di TiO₂.

• Sensori per ambito sanitario, ambientale e alimentare (DNA, proteine, tossine, metalli pesanti, cianuri).

• Sensori indossabili e portatili a base di idrogel per parametri chimici e biologici.

• Sensori ottici per il monitoraggio continuo di processi biologici.

• Piattaforme Lab-on-Fiber e sensori plasmonici per applicazioni biosensibili (SERS, TERS, SPR).

• Sensori su semiconduttori nanostrutturati (es. silicio poroso, nanofili di silicio).

• Dispositivi con microfluidica integrata e strutture micromodellate in PDMS.

• Sensori in fibra ottica per aerospazio (temperatura, deformazione, stress, accelerazione).

• Rivelatori a semiconduttore per raggi X operanti a temperatura ambiente (medicina, sicurezza, astrofisica).

• Sensori fisici per ambienti ad alta radiazione (es. aggiornamento HL-LHC).

• Sensori e rivelatori di gas a bassissimo consumo basati su MEMS, con elettronica dedicata e algoritmi di elaborazione del segnale.

• Sensori basati su grafene C-CVD, in forma di membrane o schiume 3D, per applicazioni biologiche, di gas e di pressione.

Le attività comprendono anche modellazione teorica avanzata, biofunzionalizzazione delle superfici e sviluppo di prototipi portatili, con forte orientamento al trasferimento tecnologico.

Negli ultimi anni, i progressi nelle tecniche di sintesi e fabbricazione hanno reso possibile lo sviluppo di materiali nanostrutturati funzionali, sfruttandone proprietà elettriche, ottiche, magnetiche e chimiche già applicate in numerosi ambiti.

Il CNR-IMM ha maturato una solida esperienza su diverse classi di nanomateriali, tra cui nanofili, nanoparticelle, nanotubi, materiali bidimensionali e film nanometrici. La sintesi è controllata con tecniche avanzate e con metodi chimici ed elettrochimici a basso costo, potenzialmente scalabili a livello industriale. L’Istituto sviluppa inoltre strumenti e dispositivi di caratterizzazione dedicati per monitorare e ottimizzare le proprietà dei materiali su scala nanometrica.

Il punto di forza è il controllo delle proprietà dei nanomateriali attraverso i parametri di processo, con applicazioni che spaziano da microelettronica e sensoristica a energia, optoelettronica e purificazione dell’acqua. Le attività si inseriscono in numerosi progetti nazionali e internazionali.

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