Studio e implementazione del processo di polarizzazione in AC su materiali piezoelettrici nanofibrosi

I materiali piezoelettrici sono una classe di materiali che hanno la capacità di convertire energia elettrica in meccanica, e viceversa. I piezoelettrici si suddividono in tre classi: naturarli, ceramici e polimerici. Quest'ultimi, seppur mostrando coefficienti piezoelettrici non elevati rispetto ai primi due, presentano grandi vantaggi in termini di proprietà meccaniche, essendo per esempio molto flessibili, grazie anche all'ausilio delle nanotecnologie. In questo elaborato si è utilizzato il PVDF-TrFE, un materiale polimerico, prodotto sotto forma di nanofibre tramite il processo di elettrofilatura. La struttura nanofibrosa incrementa le proprietà piezoelettriche, che dipendono dalla superficie totale del materiale, poiché massimizza il rapporto superficie/volume. Lo scopo dell'elaborato è quello di ottimizzare il processo di polarizzazione, e quindi incrementare la risposta elettromeccanica dei provini a seguito di una sollecitazione, applicando una tecnica innovativa. Questa prevede l'applicazione di un campo elettrico AC sinusoidale, partendo da un valor nullo fino a un valore massimo di regime, continuando successivamente con un campo in DC avente la stessa apiezza massima. Questa tecnica è stata applicata a differenti provini di PVDF-TrFE, variando alcuni parametri come frequenza, numero di cicli e temperatura. I valori misurati sono stati suddivisi in diversi grafici al variare della temperatura, mostrando notevoli miglioramenti rispetto alle tecniche già note di polarizzazione. È stata inoltre mostrata la struttura in scala nanometrica delle fibre, valutando così l'effetto della temperatura di esercizio sui provini durante il processo di polarizzazione.

Introduzione di un piano di campionamento indicizzato secondo l'AQL per i materiali in ingresso nel settore del material handling e dell'intralogistica. Il caso System Logistics S.p.A.

L’elaborato si è sviluppato all'interno dell’azienda System Logistics S.p.A. di Fiorano Modenese, leader nel settore del material handling e dell’intralogistica. Il focus dell'elaborato è sulla progettazione di un piano di campionamento indicizzato secondo il livello di qualità accettabile. Successivamente ad una presentazione più approfondita dell’azienda e dei prodotti offerti, si passa all’introduzione teorica dei temi dell’intralogistica e della qualità. Questo permette di comprendere il contesto operativo più generale in cui si inserisce il progetto. Infatti, la parte centrale è dedicata alla presentazione delle origini, degli obiettivi e della metodologia del progetto, in particolare, anticipando le procedure che si sono poste come basi strutturali della progettazione. La parte finale descrive il processo statistico che ha portato all’ottenimento del nuovo piano di campionamento e la sua applicazione empirica ai componenti più critici della navetta del LogiMate, il più recente prodotto dell’azienda. In quest’ultima fase si pone il focus sul processo di raccolta e analisi dei dati presentando, in particolare, un’analisi comparativa rispetto alla situazione iniziale dal punto di vista del rischio e un’analisi effettuata con le Carte di Controllo sul processo produttivo di un fornitore. L’esposizione è realizzata anche mediante grafici, ottenuti principalmente attraverso il supporto di Excel e Minitab, al fine illustrare in modo più agevole ed esplicito i risultati ottenuti.

Durabilita’ e cleaning validation di materiali polimerici per macchinari dell’industria farmaceutica

La scelta del materiale da costruzione (MOC) delle apparecchiature nell’industria farmaceutica rappresenta uno step cruciale per garantire il successo dell’impianto. Infatti, per evitare la contaminazione dei lotti e quindi assicurare la massima qualità del farmaco, è necessario evitare qualsiasi interazione chimica, nonostante il continuo contatto, tra il prodotto, la superficie dei macchinari e i fluidi di processo. Allo stato attuale, gli acciai inossidabili sono il riferimento per il settore. Il loro storico utilizzo è da imputare alla loro estrema versatilità: oltre ad essere particolarmente performanti dal punto di vista meccanico, mostrano alta resistenza alle temperature ed eccellente coefficiente igienico, grazie anche alla loro ottima resistenza alla corrosione. Tuttavia, ci sono stati diversi sviluppi e innovazioni nella produzione dei materiali plastici, che hanno portato alla generazione di nuovi polimeri ingegnerizzati in grado di competere per proprietà meccaniche, e non solo, con gli acciai. L’additive manufacturing (AM), inoltre, si è dimostrata essere un’importante innovazione per la produzione di componenti industriali in materiale plastico, in quanto può favorire la riduzione di peso del componente e l’abbassamento dei costi di produzione. Tra le varie tecnologie AM una delle più mature è la sinterizzazione laser selettiva (SLS), dove però i componenti prodotti, nonostante i numerosi vantaggi che garantiscono, sono tuttavia soggetti alla formazione di porosità. Nell’ottica dell’introduzione di polimeri come materiali da costruzione per macchinari dell’industria farmaceutica, questo elaborato si è concentrato sullo studio della durabilità di alcune tipologie di materiali plastici (elastomeri, poliolefine e poliammidi), andando a valutare nello specifico la compatibilità dei differenti polimeri studiati con diversi fluidi di lavaggio, e la loro pulibilità, essendo questa una prerogativa fondamentale dei componenti a contatto con il farmaco.

Analisi del comportamento ad impatto in materiali compositi con matrice termoplastica

La tesi presenta la storia e le caratteristiche dei materiali compositi con particolare riguardo ai CFRP, alle resine termoplastiche e ai materiali termoindurenti. Sono, poi, riportati i risultati di alcuni esperimenti condotti su questi materiali con lo scopo di analizzarne le proprietà e capire se possono essere adatti o meno ad un particolare utilizzo. In seguito, si procede con l'analisi del comportamento dei materiali compositi quando vengono soggetti ad impatti a bassa energia, al fine di verificare la variazione subita dalle proprietà dei materiali stessi. Da ultimo, lo studio tratta l'impiego dei CFRP, delle resine termoplastiche e dei materiali termoindurenti nell'industria aerospaziale ed automobilistica.

Applicazione delle tecniche della Lean Manufacturing con focus sul dimensionamento dei materiali a Kanban in un sistema produttivo: il caso Magni Telescopic Handlers.

L’attività di Tesi svolta presso l’azienda Magni Telescopic Handlers è stata finalizzata all’implementazione e l’ottimizzazione dei principi fondamentali della teoria della Lean Manufacturing. Lo scopo del percorso si è concentrato in prima battuta sulla valutazione e analisi delle previsioni dei consumi delle macchine, per poi proseguire con la realizzazione di un database aggiornato costituito esclusivamente dal materiale gestito a Kanban. In questa maniera è stato possibile predisporre la formulazione della mappatura dei componenti a Kanban lungo le tre linee di montaggio dell’azienda, per riuscire a verificare il corretto collocamento dei codici. Sono quindi successivamente sviluppate due metodologie di implementazione per il dimensionamento del Kanban al fine di ottimizzare i processi interni, in accordo con la filosofia Lean Thinking. Al termine dell'elaborato sono illustrati i risultati e i vantaggi che si sono ottenuti per consentire un miglior livello di ottimizzazione delle attività di montaggio lungo la linea e uno standard di efficienza produttiva più elevato.

Structural control of gold nanoparticles self-assemblies by layer-by-layer process

This work presents a novel way to introduce gold nanoparticles (Au NPs) in a multilayer polymer produced by the layer-by-layer (LbL) assembling technique. The technique chosen shows that, depending on the pH used, different morphological structures can be obtained from monolayer or bilayer Au NPs. The MEIS and RBS techniques allowed for the modelling of the interface polymer-NPs, as well as the understanding of the interaction of LbL system, when adjusting the pH in weak polyelectrolytes. The process reveals that the optical properties of multilayer systems could be fine-tuned by controlling the addition of metallic nanoparticles, which could also modify specific polarization responses.

Titanium phosphate for Fuel Cell Proton Conduction Membranes

Environmental issues due to increases in emissions of air pollutants and greenhouse gases are driving the development of clean energy delivery technologies such as fuel cells. Low temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC) use hydrogen as a fuel and their only emission is water. While significant advances have been made in recent years, a major limitation of the current technology is the cost and materials limitations of the proton conduction membrane. The proton exchange membrane performs three critical functions in the PEMFC membrane electrode assembly (MEA): (i) conduction of protons with minimal resistance from the anode (where they are generated from hydrogen) to the cathode (where they combine with oxygen and electrons, from the external circuit or load), (ii) providing electrical insulation between the anode and cathode to prevent shorting, and (iii) providing a gas impermeable barrier to prevent mixing of the fuel (hydrogen) and oxidant. The PFSA (perfluorosulphonic acid) family of membranes is currently the best developed proton conduction membrane commercially available, but these materials are limited to operation below 100oC (typically 80oC, or lower) due to the thermochemical limitations of this polymer. For both mobile and stationary applications, fuel cell companies require more durable, cost effective membrane technologies capable of delivering enhanced performance at higher temperatures (typically 120oC, or higher. This is driving research into a wide range of novel organic and inorganic materials with the potential to be good proton conductors and form coherent membranes. There are several research efforts recently reported in the literature employing inorganic nanomaterials. These include functionalised silica phosphates [1,2], fullerene [3] titania phosphates [4], zirconium pyrophosphate [5]. This work addresses the functionalisation of titania particles with phosphoric acid. Proton conductivity measurements are given together with structural properties.

Functionalisation of nanoparticles as electrolytes in fuel cells

Inorganic metal oxide materials are generally poor proton conductors as conductivities are lower than 10-5-10-6 S.cm-1. However, by functionalising Silica, Zirconia or Titania, proton conduction increases by up to 5 orders of magnitude. Hence, functionalised nanomaterials are becoming very competitive against conventional electrolyte materials such as Nafion. In this work, sol-gel processes are employed to produce silica phosphate, zirconia phosphate and titania phosphate functionalised nanoparticles. Furthermore, conductivities at hydrate conditions are investigated, and nanoparticle formation and functionalisation effects on proton conductivity are discussed. Results show conductivities up to 10-1 S.cm-1 (95% RH). Proton conduction increases with the functionalisation content, however heat treatment of nanoparticles locks the functionality in the crystal phase, thus inhibiting proton conduction. Controlling the mesopore phase allows for high proton conduction at hydrated conditions, clearly indicating facilitated ion transport through the pore channels.

Role of the crystallite phase of TiO2 in heterogeneous photocatalysis for phenol oxidation in water

A series of TiO2 samples with different anatase-to-rutile ratios was prepared by calcination, and the roles of the two crystallite phases of titanium(IV) oxide (TiO2) on the photocatalytic activity in oxidation of phenol in aqueous solution were studied. High dispersion of nanometer-sized anatase in the silica matrix and the possible bonding of Si-O-Ti in SiO2/TiO2 interface were found to stabilize the crystallite transformation from anatase to rutile. The temperature for this transformation was 1200 degrees C for the silica-titania (ST) sample, much higher than 700 degrees C for Degussa P25, a benchmarking photocatalyst. It is shown that samples with higher anatase-to-rutile ratios have higher activities for phenol degradation. However, the activity did not totally disappear after a complete crystallite transformation for P25 samples, indicating some activity of the rutile phase. Furthermore, the activity for the ST samples after calcination decreased significantly, even though the amount of anatase did not change much. The activity of the same samples with different anatase-to-rutile ratios is more related to the amount of the surface-adsorbed water and hydroxyl groups and surface area. The formation of rutile by calcination would reduce the surface-adsorbed water and hydroxyl groups and surface area, leading to the decrease in activity.

Novel silica gel supported TiO2 photocatalyst synthesized by CVD method

TiO2 in anatase crystal phase is a very effective catalyst in the photocatalytic oxidation of organic compounds in water. To improve the recovery rate of TiO2 photocatalysts, which in most cases are in fine powder form, the chemical vapor deposition (CVD) method was used to load TiO2 onto a bigger particle support, silica gel. The amount of titania coating was found to depend strongly on the synthesis parameters of carrier gas flow rate and coating time. XPS and nitrogen ads/desorption results showed that most of the TiO2 particles generated from CVD were distributed on the external surface of the support and the coating was stable. The photocatalytic activities of TiO2/silica gel with different amounts of titania were evaluated for the oxidation of phenol aqueous solution and compared with that of Degussa P25. The optimum titania loading rate was found around 6 wt % of the TiO2 bulk concentration. Although the activity of the best TiO2/silica gel sample was still lower than that of P25, the synthesized TiO2/silica gel catalyst can be easily separated from the treated water and was found to maintain its TiO2 content and catalytic activity.

Characterization of pore structure and coordination of titanium in TiO2 and SiO2-TiO2 sol-pillared clays

Titania sol-pillared clay (TiO2 PILC) and silica-titania sol-pillared clay (SiO2-TiO2 PILC) were synthesized by the sol-gel method. Supercritical drying (SCD) and treatment with quaternary ammonium surfactants were used to tailor the pore structure of the resulting clay. It was found that SCD approach increased the external surface area of the PILCs dramatically and that treatment with surfactants could be used to tailor pore size because the mesopore formation in the galleries between the clay layers follows the templating mechanism as observed in the synthesis of MCM-41 materials. Highly mesoporous solids were thus obtained. In calcined TiO2 PILC, ultrafine crystallites in anatase phase, which are active for photocatalytic oxidation of organics, were observed. In SiO2-TiO2 PILCs and their derivatives, titanium was highly dispersed in the matrix of silica and no crystal phase was observed. The highly dispersed titanium sites are good catalytic centers for selective oxidation of organic compounds. (C) 2001 Academic Press.

Characterisation of pore structure of carbon adsorbents using regularisation procedure

The constrained regularisation procedure was applied to compute the pore size distributions (PSDs, f(x)) for a variety of activated carbons using overall adsorption equation based on the combination of the Kelvin equation and the statistical adsorbed film thickness. The impact of the boundary values of relative nitrogen pressure p/p(0) was analysed on the basis of the corresponding alterations in the PSDs. Changes in microporosity and mesoporosity of activated carbons can be described adequately only when the range of p/p(0) is as wide as possible, as at a high initial p/p(0) value, the f(x) curves can be broadened with shifted maxima especially for micropores and narrow mesopores. Comparative analysis of the PSDs and the adsorption potential, adsorption energy and fractal dimension distributions gives useful information on the complete description of the adsorbent characteristics. (C) 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Porous solids from layered clays by combined pillaring and templating approaches

The pore structure formation in bentonite, pillared with a mixed sol of silicon and titanium hydroxides and treated subsequently with quaternary ammonium surfactants, is investigated. The surfactant micelles act as a template, similar to their role in MCM41 synthesis. Because both the surfactant micelles and the sol particles are positively charged, it is greatly favorable for them to form meso-phase assembles in the galleries between the clay layers that bear negative charges. Besides, the sol particles do not bond the clay layers strongly as other kinds of pillar precursors do, so that the treatment with surfactants can result in radical structure changes in sol-pillared clays. This allows us to tailor the pore structure of these porous clays by choice of surfactant. The surfactant treatment also results in profound increases in porosity and improvement in thermal stability. Therefore, the product porous clays have great potential to be Used to deal with large molecules or at high operating temperatures. We also found that titanium in these samples is highly dispersed in the silica matrix rather than existing in the form of small particles of pure titania. Such highly dispersed Ti active centers may offer excellent activities for catalytic oxidation reactions such as alkanes into alcohols and ketones.

Architettura Prefabbricata –L’obra Colombo a Lisbona Project Management’s Point of View

L'Edilizia Ingegneria Materiali Tecnologia

Mosaici parietali d’epoca giustinianea a Ravenna. Nuove scoperte

La fascia superiore dell’arco trionfale di S. Apollinare in Classe è stata accuratamente ispezionata durante l’ultimo intervento di restauro. Questa area musiva, col Cristo benedicente affiancato dai simboli degli Evangelisti, ritenuta omogenea e ascritta da tutti gli studiosi a un momento posteriore al VI secolo, è stata in buona parte ricondotta al periodo giustinianeo. I simboli degli Evangelisti e le nuvole limitrofe sono stati ricondotti ai mosaicisti bizantini attivi nella chiesa di San Vitale; mentre a una lavorazione successiva, determinata dalla necessità di reintegrare parti crollate, si deve attribuire il clipeo del Cristo e le nuvole circostanti. Il confronto fra le differenti morfologie delle nubi, le diverse tecniche esecutive e l’utilizzo di nuovi materiali, costituisce l’aspetto più visibile. Il restauro ha permesso di discriminare con certezza l’eterogeneità delle partiture e la convivenza di due interventi stilisticamente e cronologicamente differenti. Molteplici elementi mostrano come da un’esecuzione accurata si passi a una realizzazione sommaria; come dal rigore formale e materico iniziale, che comporta la selezione dei materiali più pregiati e delle tonalità cromatiche più funzionali, si passi ad una povertà materica e a una limitata gamma cromatica organizzate con semplificazione formale.