Studio del copolimero stirene-acrilonitrile mediante spettroscopia IR e correlazione bidimensionale

Lo studio di cambiamenti strutturali inter o intramolecolari nei materiali polimerici può essere effettuato mediante la spettroscopia infrarossa associata a quella di correlazione bidimensionale (2D-COS, two-dimensional correlation spectroscopy). Questa tecnica, applicata a campioni del copolimero stirene-acrilonitrile (SAN) a diversa composizione, consente di interpretare variazioni spettrali riscontrate e l’andamento della temperatura di transizione vetrosa, Tg. L’applicazione della spettroscopia di correlazione bidimensionale (2D-COS) e l’analisi dell’intensità delle bande spettrali in funzione del contenuto di AN nel copolimero SAN, prevedono lo sviluppo di un metodo per correggere gli spettri IR da instabilità dovute alla linea di base e da variazioni derivanti dallo spessore dei film. A tal fine si sottopone lo spettro IR di ogni film di SAN alla correzione della linea di base e successivamente al processo di normalizzazione. La banda di vibrazione sottoposta ad analisi 2D-COS è quella corrispondente allo stretching del gruppo −C≡N in quanto presenta le maggiori variazioni in funzione della composizione del copolimero. La 2D-COS evidenzia che tali variazioni sono attribuibili alla variazione contemporanea di frequenza di assorbimento, larghezza e intensità di banda. A partire da questa osservazione si può dedurre la presenza nel materiale di un’interazione dipolo-dipolo di tipo intra-molecolare tra i gruppi nitrilici.

Characterization of in-gap electronic states in two-dimensional single crystal PEA2PbBr4 perovskite for X-ray detection

Hybrid Organic-Inorganic Halide Perovskites (HOIPs) include a large class of materials described with the general formula ABX3, where A is an organic cation, B an inorganic cation and X an halide anion. HOIPs show excellent optoelectronic characteristics such as tunable band gap, high adsorption coefficient and great mobility life-time. A subclass of these materials, the so-called two- dimensional (2D) layered HOIPs, have emerged as potential alternatives to traditional 3D analogs to enhance the stability and increase performance of perovskite devices, with particular regard in the area of ionizing radiation detectors, where these materials have reached truly remarkable milestones. One of the key challenges for future development of efficient and stable 2D perovskite X-ray detector is a complete understanding of the nature of defects that lead to the formation of deep states. Deep states act as non-radiative recombination centers for charge carriers and are one of the factors that most hinder the development of efficient 2D HOIPs-based X-ray detectors. In this work, deep states in PEA2PbBr4 were studied through Photo-Induced Current Transient Spectroscopy (PICTS), a highly sensitive spectroscopic technique capable of detecting the presence of deep states in highly resistive ohmic materials, and characterizing their activation energy, capture cross section and, under stringent conditions, the concentration of these states. The evolution of deep states in PEA 2 PbBr 4 was evaluated after exposure of the material to high doses of ionizing radiation and during aging (one year). The data obtained allowed us to evaluate the contribution of ion migration in PEA2PbBr4. This work represents an important starting point for a better understanding of transport and recombination phenomena in 2D perovskites. To date, the PICTS technique applied to 2D perovskites has not yet been reported in the scientific literature.

Two-dimensional relaxation-diffusion analysis to study water compartmentalization in cells by a single-sided NMR device

In questo lavoro di tesi è presentato un metodo per lo studio della compartimentalizzazione dell’acqua in cellule biologiche, mediante lo studio dell’autodiffusione delle molecole d’acqua tramite uno strumento NMR single-sided. Le misure sono state eseguite nel laboratorio NMR all’interno del DIFA di Bologna. Sono stati misurati i coefficienti di autodiffusione di tre campioni in condizione bulk, ottenendo risultati consistenti con la letteratura. È stato poi analizzato un sistema cellulare modello, Saccharomyces cerevisiae, allo stato solido, ottimizzando le procedure per l’ottenimento di mappe di correlazione 2D, aventi come assi il coefficiente di autodiffusione D e il tempo di rilassamento trasversale T2. In questo sistema l’acqua è confinata e l’autodiffusione è ristretta dalle pareti cellulari, si parla quindi di coefficiente di autodiffusione apparente, Dapp. Mediante le mappe sono state individuate due famiglie di nuclei 1H. Il campione è stato poi analizzato in diluizione in acqua distillata, confermando la separazione del segnale in due distinte famiglie. L’utilizzo di un composto chelato, il CuEDTA, ha permesso di affermare che la famiglia con il Dapp maggiore corrisponde all’acqua esterna alle cellule. L’analisi dei dati ottenuti sulle due famiglie al variare del tempo lasciato alle molecole d’acqua per la diffusione hanno portato alla stima del raggio dei due compartimenti: r=2.3±0.2µm per l’acqua extracellulare, r=0.9±0.1µm per quella intracellulare, che è probabilmente acqua scambiata tra gli organelli e il citoplasma. L’incertezza associata a tali stime tiene conto soltanto dell’errore nel calcolo dei parametri liberi del fit dei dati, è pertanto una sottostima, dovuta alle approssimazioni connesse all’utilizzo di equazioni valide per un sistema poroso costituito da pori sferici connessi non permeabili. Gli ordini di grandezza dei raggi calcolati sono invece consistenti con quelli osservabili dalle immagini ottenute con il microscopio ottico.

Competition between boson condensation and molecule formation in 2D Bose-Fermi mixtures with a pairing interaction

The study of ultra-cold atomic gases is one of the most active field in contemporary physics. The main motivation for the interest in this field consists in the possibility to use ultracold gases to simulate in a controlled way quantum many-body systems of relevance to other fields of physics, or to create novel quantum systems with unusual physical properties. An example of the latter are Bose-Fermi mixtures with a tunable pairing interaction between bosons and fermions. In this work, we study with many-body diagrammatic methods the properties of this kind of mixture in two spatial dimensions, extending previous work for three dimensional Bose-Fermi mixtures. At zero temperature, we focus specifically on the competition between boson condensation and the pairing of bosons and fermions into molecules. By a numerical solution of the main equations resulting by our many-body diagrammatic formalism, we calculate and present results for several thermodynamic quantities of interest. Differences and similarities between the two-dimensional and three-dimensional cases are pointed out. Finally, our new results are applied to discuss a recent proposal for creating a p-wave superfluid in Bose-Fermi mixtures with the fermionic molecules which form for sufficiently strong Bose-Fermi attraction.

Fabrication of 2D and 3D microelectrode arrays for amperometric dopamine sensing: towards a metal free approach to bioelectronics

Dopamine is a neurotransmitter which has a role in several psychiatric and neurological disorders. In-vivo detection of its concentration at the microscopic scale would benefit the study of these conditions and help in the development of therapies. The ideal sensor would be biocompatible, able to probe concentrations in microscopic volumes and sensitive to the small physiological concentrations of this molecule (10 nM - 1 μM). The ease of oxidation of dopamine makes it possible to detect it by electrochemical methods. An additional requirement in this kind of experiments when run in water, though, is to have a large potential window inside which no redox reactions with water take place. A promising class of materials which are being explored is the one of pyrolyzed photoresists. Photoresists can be lithographically patterned with micrometric resolution and after pyrolysis leave a glassy carbon material which is conductive, biocompatible and has a large electrochemical water window. In this work I developed a fabrication procedure for microelectrode arrays with three dimensional electrodes, making the whole device using just a negative photoresist called SU8. Making 3D electrodes could be a way to enhance the sensitivity of the electrodes without occupying a bigger footprint on the device. I characterized the electrical, morphological, and electrochemical properties of these electrodes, in particular their sensitivity to dopamine. I also fabricated and tested a two dimensional device for comparison. The three dimensional devices fabricated showed inferior properties to their two dimensional counter parts. I found a possible explanation and suggested some ways in which the fabrication could be improved.