Massimiliano Lanzi

La ricerca si impernia sullo sviluppo di nuove tecniche sintetiche per l'ottenimento di intermedi e di monomeri recanti gruppi funzionali di particolare interesse nel campo dell'optoelettronica e della sensoristica. Tali molecole serviranno per la sintesi di polimeri coniugati (in prima istanza con struttura politiofenica) in grado di sommare le caratteristiche peculiari di questo tipo di materiali macromolecolari (leggerezza, versatilità strutturale, lavorabilità, resistenza termica, fenomeni elettronici evidenti) a quelle del gruppo funzionale inserito, generalmente, nella posizione terminale di una catena oligometilenica o oligossimetilenica flessibilizzante. Caratteristiche preferenziali dei materiali ottenuti saranno: buone proprietà elettroconduttive, solubilità in una vasta gamma di solventi organici e tendenza ad auto-organizzarsi in architetture supramolecolari (essenzialmente planari) grazie alla formazione di interazioni inter- e/o intra-catena.  Sono correntemente allo studio nuovi materiali polimerici strutturali con caratteristiche particolari, come poliuretani in grado di dissipare calore e vernici logiche a base di derivati cellulosici.

Le principali linee di ricerca perseguite partono da un fulcro comune: la sintesi e la caratterizzazione chimica e fisica di nuovi oligomeri e polimeri tiofenici variamente funzionalizzati nelle posizioni 3 o 3,4 dell'anello eterociclico. Questi materiali, oltre alle caratteristiche intrinseche derivanti dalla estesa delocalizzazione elettronica, hanno anche il pregio di essere facilmente funzionalizzabili sia a livello di monomeri che di polimeri con i collaudati processi di PPF (post-polymerization functionalyzation). In questo modo, i polimeri desiderati potranno essere costruiti direttamente dal monomero funzionalizzato oppure, nel caso questo non sia compatibile con la procedura di polimerizzazione, a partire da un polimero precursore solubile e ben reattivo nei confronti delle reazioni di sostituzione nucleofila. A seconda del sostituente inserito, si potranno ottenere materiali potenzialmente utili in differenti campi; ad esempio, se il sostituente è di natura stilbenica o azobenzenica, esso costituirà un bridging group in grado di conferire da un lato proprietà liquido-cristalline al materiale (analogamente ai polimeri LC side chain) dall'altro, se il sostituente possiede anche un elevato momento di dipolo permanente, ottenibile inserendo opportuni gruppi push/pull, potrà essere valido come moltiplicatore di frequenza nell'ambito dei materiali generatori di seconda armonica. Utilizzando invece gruppi funzionali più “tradizionali” come ammine, ossidrili o tioli si potranno creare polimeri ad elevata planarità, autoassemblanti, con una elevata delocalizzazione elettronica a beneficio delle proprietà elettriche e di chemoricognizione. Infatti, la presenza di tali gruppi funzionali rende il polimero fortemente sensibile all'intorno chimico e fisico in cui si trova ed in grado di dare particolari risposte elettriche o elettroniche in presenza di determinate molecole di analita. Impiegando gruppi funzionali particolari quali la cisteina, si possono invece avere materiali in grado di dare interazioni con oligonucleotidi o con catene di DNA, cosiccome impiegando poli- o oligo-tiofeni parzialmente o totalmente salificati in forma cationica (generalmente amminoderivati). Le conoscenze apprese durante lo studio dei politiofeni saranno inoltre utilizzate per la preparazione di films per la fabbricazione di celle solari ibride. Il sistema che si prevede di utilizzare è quello delle bulk heterojunction solar cell, costituite da un device multistrato in cui il ruolo fondamentale fa capo al sistema politiofenico (elettron-donatore) e alla presenza di sostanze elettron accettrici quali nanotubi di carbonio o di silicio opportunamente derivatizzati per renderli il più possibile compatibili con la matrice polimerica. Verranno inoltre provati differenti dyes organici con funzione di fotosensibilizzanti, che potranno essere semplicemente filmati sul dispositivo finale, costituendone un preciso strato, oppure mescolati fisicamente al composito polimero/materiale strutturato o anche inseriti chimicamente nella struttura del politiofene come gruppo funzionale in catena laterale. Potranno infine essere esaminate nuove tecniche di deposizione degli elettrodi e/o degli strati attivi quali fotolitografia, laser ablation, doctor blading, ecc. con l'intento di migliorare il piu' possibile le interazioni tra i diversi strati, e quindi i diversi componenti, della cella fotovoltaica. Queste celle elementari verranno implementate in strutture più grandi al fine di produrre apprezzabili densità di corrente elettrica. Sono attualmente allo studio vernici logiche per il trasporto di elettricità ed informazioni.