Nano-scale morphological and electrical characterization of nc-SiOxNy thin layers for photovoltaic applications

Il presente lavoro di tesi propone uno studio approfondito di proprietà morfologiche e di trasporto di carica di film sottili di SiOxNy amorfi (a-SiOxNy) e nanocristallini (nc-SiOxNy), che trovano importanti applicazioni in celle fotovoltaiche ad eterogiunzione in silicio, ad alta efficienza. Lo studio è condotto mediante caratterizzazione elettrica e morfologica attraverso tecniche di microscopia a forza atomica (AFM). Sono stati studiati campioni di a-SiOxNy cresciuti con tecnica PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), in cui è stata variata unicamente la distanza tra gli elettrodi durante la deposizione. Sono stati inoltre studiati campioni di nc-SiOxNy, cresciuti con PECVD con una differente percentuale di N2O come gas precursore e un differente tempo di annealing. In entrambi i casi si tratta di un materiale innovativo, le cui proprietà fisiche di base, nonostante le numerose applicazioni, sono ancora poco studiate. L'analisi morfologica, condotta mediante AFM e successiva analisi statistica delle immagini, ha permesso di determinare alcune proprietà morfologiche dei campioni. L’analisi statistica delle immagini è stata validata, dimostrandosi stabile e consistente per lo studio di queste strutture. Lo studio delle proprietà di trasporto è stato condotto mediante acquisizione di mappe di corrente con tecnica conductive-AFM. In questo modo si è ottenuta una mappa di conducibilità locale nanometrica, che permette di comprendere come avviene il trasporto nel materiale. L'analisi di questo materiale mediante tecniche AFM ha permesso di evidenziare che l'annealing produce nei materiali nanocristallini sia un clustering della struttura, sia un significativo aumento della conducibilità locale del materiale. Inoltre la distanza tra gli elettrodi in fase di deposizione ha un leggero effetto sulle dimensioni dei grani. È da notare inoltre che su questi campioni si sono osservate variazioni locali della conducibilità alla nanoscala. L’analisi delle proprietà dei materiali alla nanoscala ha contribuito alla comprensione più approfondita della morfologia e dei meccanismi di trasporto elettronico.

Charge and spin transport in memristive La0.7Sr0.3Mno3/SrTiO3/Co devices

Il lavoro svolto si concentra sul trasporto di carica e spin in dispositivi trilayer La0.7Sr0.3MnO3/SrTiO3/Co multifunzionali. Questi dispositivi mostrano sia magnetoresistenza che resistive switching, con un'interessante interazione fra i due effetti. Le giunzioni SrTiO3 sono state scelte per questo lavoro sia per via dei precedenti studi su SrTiO3 come barriera in dispositivi spintronici (cioè dispositivi con magnetoresistenza), sia perché sono promettenti come materiale base per costruire memristor (cioè dispositivi con resistive switching). Il lavoro di tesi è stato svolto all'Istituto per lo studio dei materiali nanostrutturati (ISMN-CNR) a Bologna. Nella prima parte di questa tesi illustrerò la fisica dietro al resistive switching e alla magnetoresistenza di dispositivi trilayer, mostrando anche risultati di studi su dispositivi simili a quelli da me studiati. Nella seconda parte mostrerò la complessa fisica degli ossidi utilizzati nei nostri dispositivi e i possibili meccanismi di trasporto attraverso essi. Nell'ultima parte descriverò i risultati ottenuti. I dispositivi La0.7Sr0.3MnO3/SrTiO3/Co sono stati studiati tramite caratterizzazione elettrica, di magnetotrasporto e con spettroscopia di impedenza. Le misure ottenute hanno mostrato una fisica molto ricca dietro al trasporto di spin e carica in questi dispositivi, e la mutua interazione fra fenomeni spintronici e di resistive switching rappresenta una chiave per comprendere la fisica di questi fenomeni. Analisi dati della dipendenza della resistenza della temperature e caratteristiche corrente-tensioni saranno usati per quantificare e descrivere il trasporto in questi dispositivi.

Water management aeroportuale: Analisi sperimentale dell'accumulo di inquinanti in airside. Il caso dell'aeroporto G. Marconi di bologna.

Negli ultimi quindici anni il traffico aereo passeggeri in Italia è stato interessato da un cospicuo incremento: si è passati dai 91 milioni di passeggeri nel 2000 ai 150 milioni nel 2014. Le previsioni di crescita per il Paese indicano il possibile raddoppio del traffico entro il 2030, quando si dovrebbe raggiungere la soglia dei 300 milioni di passeggeri, con un aumento soprattutto della quota parte internazionale. Non vi può essere sviluppo economico di uno Stato senza crescita del traffico aereo, la quale si può realizzare solo con un adeguamento e un potenziamento delle capacità delle infrastrutture aeroportuali compatibile con le condizioni ambientali e un’efficace interconnessione degli scali con gli altri modi di trasporto. Infatti la pianificazione e la progettazione degli aeroporti non può prescindere da un’analisi approfondita sugli impatti ambientali prodotti dalle attività svolte all’interno degli scali. Inoltre l’incremento del numero medio di passeggeri per movimento (dal 75 pax/mov nel 2000 a 106 pax/mov nel 2011, dato riferito al traffico nazionale) rappresenta un dato positivo dal punto di vista ambientale: nei cieli vola un minor numero di aeromobili, ma in grado di trasportare un maggior numero di passeggeri, con conseguente diminuzione del numero dei movimenti, quindi del rumore, delle emissioni e dell’inquinamento ambientale provocato dalle operazioni necessarie a garantire l’operatività di ciascun volo. La salvaguardia dell’ambiente per un aeroporto è un compito difficile e oneroso, poiché può creare problemi ambientali come inquinamento acustico, dell’aria, delle acque fondiarie e trattamento dei rifiuti. In particolare, scopo di questo elaborato è studiare l’impatto che le operazioni svolte in air-side provocano sulla qualità delle acque di dilavamento, osservando e analizzando le attività che avvengono presso l’Aeroporto G. Marconi di Bologna. Si intende svolgere un censimento delle operazioni che influenzano la qualità delle acque (sia direttamente sia a seguito del dilavamento delle pavimentazioni aeroportuali), indagando quali siano i soggetti coinvolti, le procedure da eseguire, la frequenza e gli eventuali mezzi impiegati. Poi si vogliono eseguire analisi chimiche e granulometriche con un duplice obiettivo: conoscere la qualità delle acque raccolte dalle caditoie presenti nel piazzale e a bordo pista e verificare l’efficacia delle operazioni eseguite anche per ridurre il build up, cioè il tasso di accumulo in tempo secco e, di conseguenza, l’apporto di inquinanti riversato nelle acque di dilavamento. Infine si propongono interventi volti a incrementare la sostenibilità ambientale dell’infrastruttura aeroportuale, con particolare attenzione alla riduzione dell’inquinamento idrico.

Fotoconduttori organici come rivelatori di raggi X

Rispetto alle loro controparti inorganiche, i semiconduttori organici presentano proprietà che consentono di usarli in modi fino a qualche anno fa impensabili: sono facili ed economici da depositare, flessibili, leggeri e robusti. Queste caratteristiche li rendono tra le altre cose ottimi candidati come rilevatori a stato solido di raggi X che possono persino essere comodamente indossati o utilizzati in situazioni e luoghi prima inaccessibili a quelli inorganici. I semiconduttori organici sono tuttavia fondamentalmente diversi da quelli inorganici e i fenomeni che regolano il trasporto e la generazione di cariche sono più complessi e non ancora compiutamente compresi. Allo scopo di migliorare la loro comprensione, questa tesi mette a confronto alcuni modelli teorici di generazione e ricombinazione di eccitoni, così da individuare quello più rispondente alle misure sperimentali effettuate relativamente alla risposta fotoconduttiva di cristalli singoli di TIPS-pentacene irradiati con raggi X.

Studio e ottimizzazione di un autoturboreattore

Il ritiro dello Space Shuttle dalla vita operativa avvenuto nel 2011 e le iniziative in corso tra NASA ed aziende commerciali hanno dato il via ad una fase di transizione nel volo spaziale umano volta a fornire servizi di trasporto spaziale maggiormente flessibili. Accanto ad iniziative private che sono principalmente volte al trasporto di turisti nello spazio allo scopo di far loro provare per pochi minuti l’ebbrezza dell’assenza di gravita’ (ad esempio Virgin Galactic), anche la Difesa si sta impegnando in questo campo, in particolar modo negli USA. Inoltre è stata firmata a marzo 2014 una lettera d’intenti tra l’Aeronautica militare e l’Ente Nazionale per l’Aviazione Civile (ENAC) per definire i criteri e le modalità per lo sviluppo della cooperazione nel settore del volo suborbitale e dell’aerospazio. L’accordo segue di pochi giorni la firma a Washington di un Memorandum of Cooperation sul medesimo argomento tra la Federal Aviation Administration americana(FAA) e la stessa ENAC, accordo che fa dell’Italia il primo paese europeo scelto dalla FAA statunitense come partner per la collaborazione nel settore del trasporto spaziale.

La radioterapia e le tecniche I.G.R.T. applicate

L'elaborato espone l'iter di un paziente nel reparto di radioterapia e descrive l'evoluzione delle immagini radioterapiche dai portal film alle Cone Beam Computer Tomography. Inoltre espone i vari standard e protocolli usati per archiviare e trasmettere le immagini digitali precedentemente descritte.

Valutazione delle interazioni tra Fiumi Uniti (Ravenna) ed acquifero usando il calore come tracciante

Per molto tempo le risorse di acque sotterranee e quelle di acque superficiali sono state considerate e gestite come due entità a sé stanti; in realtà questi due corpi d’acqua rappresentano le componenti di un’unica risorsa: qualsiasi genere di impatto su una delle due andrà ad influire inevitabilmente sulla quantità o sulla qualità dell’altra. Lo scopo di questa tesi è quello di comprendere che grado di interazione esiste tra i Fiumi Uniti e l’acquifero costiero ravennate mediante due approcci distinti: (1) con l’analisi di profili termici teorici e ottenuti dal monitoraggio di misure termometriche in quattro piezometri, si intende ottenere informazioni riguardanti i flussi idrici sotterranei, (2) con la modellazione numerica dell’area nei pressi dei Fiumi Uniti (mediante Processing Modflow) è possibile ottenere una stima dei flussi sotterranei dal fiume verso l’acquifero nella zona di riferimento. Inoltre durante il monitoraggio del mese di settembre 2015 è stato installato un diver, ad una profondità di -7,4 m, in uno dei piezometri per ottenere un monitoraggio continuo per tutto il mese di ottobre. I dati termici rilevati in campo hanno permesso di confermare l’esistenza di un’importante interazione tra i corsi d’acqua presi in esame e l’acquifero costiero ravennate, testimoniato dall’ampia variazione di temperatura negli strati più superficiali. Inoltre tra il 10 e l’11 ottobre è stata registrata un’anomalia termica causata da un flusso orizzontale di acqua più calda in prossimità del piezometro proveniente dai Fiumi Uniti mediante trasporto per avvezione: tale anomalia viene registrata circa 2 giorni dopo una piena dei Fiumi Uniti. Grazie alla modellazione numerica è stato possibile confermare le tempistiche con cui l’acqua percorre la distanza tra il fiume e il piezometro preso in considerazione.

Reti wi-fi e sicurezza

Descrizione dei vari standard 802.11 e della loro evoluzione, analisi dei protocolli di sicurezza e possibili attacchi alle reti wireless.

Utilizzo di cellule MCF-7 in coltura per valutare la presenza di xenoestrogeni e composti genotossici in acque ad uso potabile pre- e post- trattamento

Nelle matrici ambientali sono spesso presenti xenoestrogeni, molecole sintetiche o di origine naturale ad attività estrogenica in grado di alterare il normale equilibrio ormonale di organismi esposti, incidendo negativamente su alcune funzioni vitali come la riproduzione ed il metabolismo. Diverse sostanze chimiche presenti in ambiente, tra cui alcune molecole ad attività estrogenica, sono anche potenziali composti genotossici, in grado, cioè, di interagire con il DNA ed esercitare effetti anche a lungo termine come l’insorgenza di tumori nei vertebrati, uomo compreso. L’obiettivo del presente lavoro di tesi è stato quello di mettere a punto ed utilizzare due saggi biologici, il saggio E-screen ed il test dei micronuclei, per valutare la presenza di xenoestrogeni e composti genotossici in campioni di acque prelevate prima e dopo i trattamenti di potabilizzazione, utilizzando cellule MCF-7 di adenocarcinoma mammario come modello sperimentale in vitro. Le indagini biologiche sono state condotte sulla base di una convenzione di ricerca con la Società acquedottistica Romagna Acque- Società delle fonti e hanno previsto tre campagne di monitoraggio. I campioni di acqua sperimentale, raccolti prima e dopo i trattamenti presso diversi impianti di potabilizzazione, sono stati preventivamente filtrati, estratti in fase solida, fatti evaporare sotto leggero flusso di azoto, ed infine, saggiati sulle cellule. Il test E-screen, di cui abbiamo dimostrato un elevato livello di sensibilità, ha permesso di escludere la presenza di composti ad attività estrogenica nei campioni esaminati. Allo stesso modo, i risultati del test dei micronuclei hanno dimostrato l’assenza di effetti genotossici, confermando la buona qualità delle acque analizzate. Nell’ambito delle attività di monitoraggio, le indagini biologiche risultano essenziali per la valutazione di una potenziale contaminazione ambientale, in quanto forniscono informazioni anche quando non sono state condotte analisi chimiche. Inoltre, anche quando le analisi chimiche siano state condotte, i test biologici informano della potenzialità tossica di una matrice causata eventualmente da sostanze non oggetto del saggio chimico. Infine, i test biologici permettono di identificare eventuali sinergie tra più contaminanti presenti nelle acque, affermandosi come test da condurre in maniera complementare ai saggi chimici. I test biologici come quelli impiegati nel lavoro di tesi sono molto sensibili ed informativi, ma necessitano della definizione di protocolli standardizzati per garantirne un’uniforme applicazione alle acque ad uso potabile, almeno a livello nazionale.

Un'infrastruttura distribuita per l'acquisizione e la visualizzazione interattiva dei dati dell'LHC

Questo progetto di tesi è lo sviluppo di un sistema distribuito di acquisizione e visualizzazione interattiva di dati. Tale sistema è utilizzato al CERN (Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare) al fine di raccogliere i dati relativi al funzionamento dell'LHC (Large Hadron Collider, infrastruttura ove avvengono la maggior parte degli esperimenti condotti al CERN) e renderli disponibili al pubblico in tempo reale tramite una dashboard web user-friendly. L'infrastruttura sviluppata è basata su di un prototipo progettato ed implementato al CERN nel 2013. Questo prototipo è nato perché, dato che negli ultimi anni il CERN è diventato sempre più popolare presso il grande pubblico, si è sentita la necessità di rendere disponibili in tempo reale, ad un numero sempre maggiore di utenti esterni allo staff tecnico-scientifico, i dati relativi agli esperimenti effettuati e all'andamento dell'LHC. Le problematiche da affrontare per realizzare ciò riguardano sia i produttori dei dati, ovvero i dispositivi dell'LHC, sia i consumatori degli stessi, ovvero i client che vogliono accedere ai dati. Da un lato, i dispositivi di cui vogliamo esporre i dati sono sistemi critici che non devono essere sovraccaricati di richieste, che risiedono in una rete protetta ad accesso limitato ed utilizzano protocolli di comunicazione e formati dati eterogenei. Dall'altro lato, è necessario che l'accesso ai dati da parte degli utenti possa avvenire tramite un'interfaccia web (o dashboard web) ricca, interattiva, ma contemporaneamente semplice e leggera, fruibile anche da dispositivi mobili. Il sistema da noi sviluppato apporta miglioramenti significativi rispetto alle soluzioni precedentemente proposte per affrontare i problemi suddetti. In particolare presenta un'interfaccia utente costituita da diversi widget configurabili, riuitilizzabili che permettono di esportare i dati sia presentati graficamente sia in formato "machine readable". Un'alta novità introdotta è l'architettura dell'infrastruttura da noi sviluppata. Essa, dato che è basata su Hazelcast, è un'infrastruttura distribuita modulare e scalabile orizzontalmente. È infatti possibile inserire o rimuovere agenti per interfacciarsi con i dispositivi dell'LHC e web server per interfacciarsi con gli utenti in modo del tutto trasparente al sistema. Oltre a queste nuove funzionalità e possbilità, il nostro sistema, come si può leggere nella trattazione, fornisce molteplici spunti per interessanti sviluppi futuri.

Geodetiche su superfici dello spazio euclideo tridimensionale

In questa tesi si studiano le geodetiche sulle superfici dello spazio euclideo tridimensionale. Tali curve, che godono di proprietà analoghe a quelle delle rette nel piano, vengono definite come quelle particolari curve sulle superfici il cui campo dei vettori tangenti e' parallelo, cioè ha derivata covariante nulla. Sulle superfici di rotazione le geodetiche sono tutti i meridiani, i paralleli aventi vettori tangenti paralleli all'asse di rotazione e tutte le curve soddisfacenti la condizione di Clairaut. Dopo aver studiato le geodetiche su alcune superfici significative si introduce la nozione di mappa esponenziale che permetterà di dimostrare le proprietà di minimo locale delle geodetiche.

Non invasive brain stimulation: transcranial magnetic stimulation

La tesi descrive la stimolazione magnetica transcranica, un metodo di indagine non invasivo. Nel primo capitolo ci si è soffermati sull’ anatomia e funzionalità del sistema nervoso sia centrale che periferico e sulle caratteristiche principali delle cellule neuronali. Nel secondo capitolo vengono descritte inizialmente le basi fisico-tecnologiche della strumentazione stessa, dando particolare attenzione ai circuiti che costituiscono gli stimolatori magnetici ed alle tipologie di bobine più utilizzate. Successivamente si sono definiti i principali protocolli di stimolazione evidenziandone le caratteristiche principali come, ampiezza, durata e frequenza dell’impulso. Nel terzo capitolo vengono descritti i possibili impieghi della stimolazione in ambito sperimentale e terapeutico. Nel quarto ed ultimo capitolo si evidenziano i limiti, della strumentazione e dell’analisi che la stessa permette, andando a definire i parametri di sicurezza, i possibili effetti indesiderati, il costo dell’apparecchiatura e l’uso combinato con altre tecniche specifiche

Analisi e ottimizzazione delle prestazioni e dell'affidabilità di una macchina per il packaging di prodotti igienico-sanitari

L’oggetto di studio di questo lavoro, svolto presso l’azienda Vire Automation del gruppo Bucci Industries di Faenza, è una macchina per il packaging di prodotti igienico-sanitari, più precisamente pannolini baby. Dopo una prima indagine di mercato svolta con l’aiuto dei commerciali dell’azienda, si sono ipotizzate una serie di soluzioni tecniche per migliorare il funzionamento e le prestazioni della macchina. Tramite uno strumento detto Casa della qualità si sono evidenziate le soluzioni tecniche che risultano più apprezzate dal mercato e per questo posseggono una maggior priorità di realizzazione. Si è intervenuti su di un gruppo funzionale per lo spostamento orizzontale del prodotto che agisce superiormente rispetto al pianale di processo e sul trasporto pioli che invece agisce per ostacolo tra cilindri di acciaio ed i prodotti. In particolare per il primo si è realizzato un apposito studio delle grandezze cinematiche in gioco e, dopo una progettazione 3D, si sono stimate le coppie motrici richieste dal nuovo asse che è risultato vantaggioso rispetto al precedente. Per il secondo invece, vista l’esigenza di ottenere un gruppo rifasatore che permettesse alla macchina di funzionare correttamente nonostante i ritardi di arrivo dei prodotti dalla linea di produzione, si è realizzata una nuova gestione logica del gruppo per sopperire alla peggior condizione di funzionamento verificabile e si è riprogettato il gruppo per dotarlo delle nuove necessarie caratteristiche.

Pressure Swing Adsorption on Carbon Molecular Sieves for Nitrogen Production: Modelling and Simulation with Aspen Adsorption

L’azoto è uno dei prodotti principali dell’industria chimica, utilizzato principalmente per assicurare un sicuro stoccaggio di composti infiammabili. Generatori con sistemi PSA sono spesso più economici della tradizionale distillazione criogenica. I processi PSA utilizzano una colonna a letto fisso, riempita con materiale adsorbente, che adsorbe selettivamente un componente da una miscela gassosa. L’ossigeno diffonde molto più velocemente dell'azoto nei pori di setacci molecolari carboniosi. Oltre ad un ottimo materiale adsorbente, anche il design è fondamentale per la performance di un processo PSA. La fase di adsorbimento è seguita da una fase di desorbimento. Il materiale adsorbente può essere quindi riutilizzato nel ciclo seguente. L’assenza di un simulatore di processo ha reso necessario l’uso di dati sperimentali per sviluppare nuovi processi. Un tale approccio è molto costoso e lungo. Una modellazione e simulazione matematica, che consideri tutti i fenomeni di trasporto, è richiesta per una migliore comprensione dell'adsorbente sia per l'ottimizzazione del processo. La dinamica della colonna richiede la soluzione di insiemi di PDE distribuite nel tempo e nello spazio. Questo lavoro è stato svolto presso l'Università di Scienze Applicate - Münster, Germania. Argomento di questa tesi è la modellazione e simulazione di un impianto PSA per la produzione di azoto con il simulatore di processo Aspen Adsorption con l’obiettivo di permettere in futuro ottimizzazioni di processo affidabili, attendibili ed economiche basate su computazioni numeriche. E' discussa l’ottimizzazione di parametri, dati cinetici, termodinamici e di equilibrio. Il modello è affidabile, rigoroso e risponde adeguatamente a diverse condizioni al contorno. Tuttavia non è ancora pienamente soddisfacente poiché manca una rappresentazione adeguata della cinetica ovvero dei fenomeni di trasporto di materia. La messa a punto del software permetterà in futuro di indagare velocemente nuove possibilità di operazione.

Architettura del limite. Un progetto in Holzmarktstraße a Berlino.

Il progetto rappresenta una proposta, di natura architettonico-urbana, per la città di Berlino, nel settore orientale. Questa proposta è il risultato di un percorso di studi che si è dapprima confrontato sul tema della città alla grande scala, per poi focalizzarsi sul distretto della Karl-Marx-Allee lo storico brano di città socialista in Berlino Est. L’obiettivo della ricerca si cristallizza in un programma architettonico di nuova costruzione per un isolato urbano del distretto sopracitato, disorganizzato ed informale, apparentemente emarginato dalla città per opera di una serie di ‘barriere urbane’. Queste barriere, il grande attraversamento sulla Holzmarkstraße, il viadotto della S-Bahn, il fiume Sprea, nel tempo intrecciati e sovrascritti, rappresentano i limiti e confini dell’isolato urbano. L’architettura proposta vuole confrontarsi, in questo contesto incerto, con la ricostruzione dell’isolato, in fede ai principi delle ‘ricostruzione critica’. Il disegno d’architettura rivede, per analogia, i contenuti della città storica, esprimendosi attraverso un linguaggio contemporaneo ma in continuità con la storia ed il contesto. Il tema della serialità, del ritmo, scandirà un percorso architettonico geometrico e modulare molto forte e rigoroso che risponderà al carattere ripetitivo e pre-costituito dei plattenbausiedlungen, gli insediamenti prefabbricati, patrimonio materiale dell’ex distretto socialista di Berlino. La forza ritmica del progetto verrà ribadita dal recupero architettonico del viadotto in muratura del trasporto metropolitano leggero della S-Bahn, una teoria di archivolti a botte in affaccio alla Sprea. Il nuovo scenario architettonico si può considerare come un unico grande elemento tematico, organizzato da una maglia rigorosa, argomentato da eccezioni e salienti che rispondono ad un’ampia domanda funzionale, tipologica ed architettonica.