Functionals for TDDFT description of electron transport in nanostructures

La Teoria di Densità Funzionale (DFT) e la sua versione dipendente dal tempo (TDDFT) sono strumenti largamente usati per simulare e calcolare le proprietà statiche e dinamiche di sistemi con elettroni interagenti. La precisione del metodo si basa su una serie di approssimazioni degli effetti di exchange correlation fra gli elettroni, descritti da un funzionale della sola densità di carica. Nella presente tesi viene testata l'affidabilità del funzionale Mixed Localization Potential (MLP), una media pesata fra Single Orbital Approximation (SOA) e un potenziale di riferimento, ad esempio Local Density Approximation (LDA). I risultati mostrano capacità simulative superiori a LDA per i sistemi statici (curando anche un limite di LDA noto in letteratura come fractional dissociation) e dei progressi per sistemi dinamici quando si sviluppano correnti di carica. Il livello di localizzazione del sistema, inteso come la capacità di un elettrone di tenere lontani da sé altri elettroni, è descritto dalla funzione Electron Localization Function (ELF). Viene studiato il suo ruolo come guida nella costruzione e ottimizzazione del funzionale MLP.

Progettazione di un circuito per il controllo delle correnti nelle batterie ricaricabili

La tesi in oggetto affronta il problema di realizzare un circuito per la gestione della corrente di una batteria ricaricabile. Il circuito esegue fasi di carica e scarica a corrente costante e programmabile. La batteria impiegata nel sistema è considerata carica a 5 V e scarica a 3 V. Un'alimentazione di 15 V viene fornita da una fonte esterna. Per la progettazione del circuito di carica, viene studiato il transitorio della batteria da 3 V a 5 V. Il circuito di scarica effettua invece il comportamento opposto, facendo fluire corrente dalla batteria, che decresce da 5 V a 3 V, con il flusso di potenza diretto verso l'alimentazione esterna. Entrambe le fasi vengono effettuate in maniera programmabile: variando la tensione di un MOSFET a canale p viene fornita la corrente costante scelta in un intervallo che varia da 100 mA a 5 A, come richiesto dalle specifiche di progetto. Per selezionare in quale modalità deve operare il circuito, si è utilizzata una rete a pass transistor. I convertitori posti a monte del circuito e la logica pass transistor sono stati impiegati nel circuito per la loro semplicità di impiego. Tali scelte, in un secondo momento, potranno esser riviste per impiegare soluzioni migliori e più efficienti. Il circuito realizzato soddisfa le specifiche di progetto.

Studio di stati fotoeccitati in nanoparticelle di V-TiO2 mediante scattering inelastico risonante di raggi X

La TiO2 è uno dei materiali più studiati degli ultimi decenni. I motivi sono da ricercarsi nelle sue numerose applicazioni, possibili in molti campi come dispositivi fotovoltaici, depurazione da agenti inquinanti o filtraggio di raggi UV. Per le celle elettrochimiche in particolare, il biossido di titanio offre molti vantaggi, ma non è privo di ostacoli. Il limite principale è lo scarso assorbimento dello spettro visibile, dovuto all’energy gap elevato (circa 3.2 eV). La ricerca da diversi anni si concentra sul tentativo di aumentare l’assorbimento di luce solare: promettenti sono i risultati raggiunti grazie alla forma nanoparticellare della TiO2, che presenta proprietà diverse dal materiale bulk. Una delle strategie più studiate riguarda il drogaggio tramite impurità, che dovrebbero aumentare le prestazioni di assorbimento del materiale. Gli elementi ritenuti migliori a questo scopo sono il vanadio e l’azoto, che possono essere usati sia singolarmente che in co-doping. In questo lavoro abbiamo realizzato la crescita di nanoparticelle di V-TiO2, tramite Inert Gas Condensation. La morfologia e la struttura atomica sono state analizzate attraverso microscopia a trasmissione, analizzandone la mappe tramite image processing. Successivamente abbiamo studiato le proprietà di assorbimento ottico dei campioni, nello spettro visibile e nel vicino ultravioletto, attraverso il metodo della riflettanza diffusa, determinando poi il bandgap tramite Tauc Plot. L’esperimento centrale di questo lavoro di tesi è stato condotto sulla beamline ID26 dell’European Synchrotron Radiation Facility, a Grenoble. Lì, abbiamo effettuato misure XANES, allo scopo di studiare gli stati fotoeccitati del materiale. L’eccitazione avveniva mediante laser con lunghezza d’onda di 532 nm. Tramite gli spettri, abbiamo analizzato la struttura locale e lo stato di ossidazione del vanadio. Le variazioni indotta dal laser hanno permesso di capire il trasferimento di carica e determinare la vita media.

Toxicity evaluation of TiO2 Nanoparticles embedded in consumer products

Lo studio è orientato alla determinazione dei rischi tossici posti dalle nanoparticelle di diossido di titanio rilasciate in ambiente marino. L’organismo modello utilizzato per questo studio è la diatomea Thalassiosira pseudonana, la quale è stata scelta per la sua semplicità biologica unita alla fondamentale rilevanza nella catena alimentare e nell’ecosistema marino. Oltre alle nanoparticelle prodotte industrialmente, questo studio ha lo scopo di determinare e confrontare la tossicità delle nanoparticelle utilizzate in alcuni prodotti di cura personale (in particolare crema solare e dentifricio), estraendole direttamente da essi. I nostri risultati mostrano una notevole ridondanza nel legame tra la natura (il tipo) delle nanoparticelle e l’inibizione della normale crescita delle diatomee, che supera la correlazione con tutti gli altri parametri monitorati (concentrazione di nanoparticelle, tempo di esposizione, pH, carica superficiale e dimensione delle particelle stesse), sebbene gli altri parametri risultino direttamente legati agli effetti inibitori. Tali risultati suggeriscono un’intensificazione della ricerca nell’ambito delle nanotecnologie, orientata allo sviluppo di nanomateriali “sostenibili”, ovvero dei quali sono note le potenzialità di impiego, ma anche gli aspetti negativi, che possono di conseguenza essere monitorati con maggiore consapevolezza.

Palaeoenvironment records of six sediment cores collected in the Gulf of Carpentaria

The Gulf of Carpentaria is an epicontinental sea (maximum depth 70 m) between Australia and New Guinea, bordered to the east by Torres Strait (currently 12 m deep) and to the west by the Arafura Sill (53 m below present sea level). Throughout the Quaternary, during times of low sea-level, the Gulf was separated from the open waters of the Indian and Pacific Oceans, forming Lake Carpentaria, an isolation basin, perched above contemporaneous sea-level with outlet channels to the Arafura Sea. A preliminary interpretation is presented of the palaeoenvironments recorded in six sediment cores collected by the IMAGES program in the Gulf of Carpentaria. The longest core (approx. 15 m) spans the past 130 ka and includes a record of sea-level/lake-level changes, with particular complexity between 80 and 40 ka when sea-level repeatedly breached and withdrew from Gulf/Lake Carpentaria. Evidence from biotic remains (foraminifers, ostracods, pollen), sedimentology and geochemistry clearly identifies a final marine transgression at about 9.7 ka (radiocarbon years). Before this transgression, Lake Carpentaria was surrounded by grassland, was near full, and may have had a surface area approaching 600 km-300 km and a depth of about 15 m. The earlier rise in sea-level which accompanied the Marine Isotopic Stage 6/5 transgression at about 130 ka is constrained by sedimentological and biotic evidence and dated by optical- and thermoluminescence and amino acid racemisation methods.

Pollen flux off Cape Blanc

Fluxes of airborne freshwater diatoms (FD), phytoliths (PH), and pollen grains (PO) collected with sediment traps off Cape Blanc, northwest Africa, from 1988 till 1991 are presented. Both continental rainfall variations and wind mean strength and direction play a key role in the temporal fluctuations of the fluxes of eolian traces in the pelagic realm. Drier conditions in Northern Africa in 1987 could have preceded the high lithogenic input and moderate FD flux in 1988. The PH peak in summer 1988 was probably caused by increased wind velocity. Wetter rainy seasons of 1988/89 might have promoted a significant pollen production in summer 1989, and FD in late 1989 and early 1990, as well as contributed to the reduction of the lithogenic flux in 1989/90. Decreased fluxes of FD, PH and PO, and higher contribution of the 6-11 µm lithogenic fraction in 1991 would mainly reflect minor intensity and decreased amount of continental trade winds. Air-mass backward trajectories confirm that the Saharan Air Layer is predominantly involved in the spring/summer transport. Trade winds play a decisive role in the fall/winter months, but also contribute to the transport during late spring/summer. Origin of wind trajectories does not support a direct relationship between transporting wind-layers and material source areas in Northern Africa. High winter fluxes of eolian tracers and high amount of trade winds with continental origin in summer warn against a simplistic interpretation of the seasonal eolian signal preserved in the sediments off Cape Blanc, and the wind layer involved in its transport.

Pollen record of sediment core GeoB1008-3 from the Congo fan

Palynological investigation of the marine core, GeoB1008-3, from near the mouth of the Congo river (6°35.6'S/10°19.1'E), provides information about the changes in vegetation and climate in West Equatorial Africa during the last 190 ka. The pollen diagram is divided into zones 1-6 which are considered to correspond in time with the marine isotope stages 1-6. Oscillations in temperature and moisture are indicated during the cold stage 6. During stage 5, two cooler periods (5d and 5b) can be shown with an expansion of Podocarpus forests to lower elevations on the expense of lowland rain forest. Extended mangrove swamps existed along the coast in times of high sea level (stages 5 and 1).

Valutazione del contenuto di Escherichia Coli in vongole veraci (Tapes Philippinarum) raccolte nella zona della Sacca di Goro

Lo scopo di questo lavoro è stato individuare una possibile correlazione tra le condizioni ambientali e la presenza di Escherichia coli in vongole veraci. I dati sono relativi a campioni raccolti nel periodo 2007-2015 nella zona Sacca di Goro. Essi sono stati messi in relazione con alcuni parametri quali: salinità dell’acqua, temperatura, ossigeno di fondo, pH e livello del fiume Po di Volano. Sono stati presi in considerazione più di 523 campioni, in cui i conteggi di E. coli, mediante metodo MPN, sono stati suddivisi in tre categorie: cariche basse (<50 MPN/100g); intermedie (50-230 MPN/100g); alte, ovvero non conformi al regolamento europeo (>230 MPN/100g). La significatività della relazione tra E. coli e le variabili considerate è stata valutata attraverso il test Χ2 e il test di Kruskal-Wallis. Il test Χ2, è stato attuato ponendo in relazione anno, mese e stagione. In esso non è stato registrato nessun risultato significativo. L’analisi della varianza tramite test di Kruskal-Wallis ha evidenziato che gli unici risultati ottenuti, dando luogo ad una differenza significativa, sono relativi ai valori di salinità, dove in presenza di valori più bassi si osserva un numero maggiore di campioni con carica superiore al limite di legge. I dati ottenuti ponendo in relazione la temperatura delle acque e il livello del fiume Po di Volano non sono risultate significativamente diverse fra loro. Questi risultati sono chiaramente correlati al processo di depurazione delle vongole veraci che abbassano la carica microbica, ma ciò è correlato anche ai miglioramenti dei controlli delle acque reflue della Pianura Padana negli ultimi decenni, inoltre l’assenza di relazioni può essere imputata al fatto che la Sacca di Goro è un tratto di mare relativamente chiuso e quindi in qualche modo protetto dalle fluttuazioni stagionali di questi parametri, in una sorta di omeostasi ambientale.

Valutazione della contaminazione microbica di banconote raccolte in diversi esercizi commerciali e alcuni bancomat

Lo scopo del mio elaborato è stato quello di valutare se il denaro potesse essere un veicolo di trasmissione di microrganismi. Esistono infatti reperti storici che indicano che il denaro veniva visto come probabile portatore di infezioni fatali come la “morte nera”, la peste bubbonica e le pandemie di polmoniti descritte in Europa. Vi sono anche altri studi che hanno indicato come patogeni isolati con maggiore frequenza dalle banconote microrganismi quali enterobatteri e stafilococchi. In questa sperimentazione mi sono occupato del campionamento microbiologico di banconote di vario taglio, raccolte prevalentemente in piccoli esercizi alimentari, sulle quali è stato fatto un tampone al fine di determinare la presenza di: coliformi totali, E. coli, S. aureus, altri stafilococchi, muffe, lieviti, carica batterica totale. Le analisi condotte hanno mostrato che nelle banconote non sono mai stati isolati ceppi di S. aureus, a differenza di quanto riportato nella letteratura. Simili considerazioni si possono fare anche per E. coli. Per quel che riguarda la carica batterica totale, le banconote più contaminate sono risultate essere quelle da 20 euro (valore medio 474 UFC/cm2). I tamponi microbiologici effettuati sui tagli da 50 euro sono stati gli unici ad essere caratterizzati da una elevata presenza di coliformi totali. In conclusione possiamo affermare che le banconote posso effettivamente costituire un importante veicolo di contaminazione microbica, che può poi trasferirsi anche su altri matrici, come prodotti alimentari. Considerando la pressione che viene esercitata dalle Autorità di controllo su tutte le fasi della catena alimentare, dalla produzione alla vendita al dettaglio, la variabile posta dalle possibili contaminazioni attraverso il maneggiamento e la circolazione delle banconote potrebbe quindi costituire un rischio reale, sia pure non ancora quantificato e forse non quantificabile.

Stazioni di ricarica di veicoli elettrici: caratteristiche e regole della connessione

Oggetto della tesi sono i sistemi di ricarica dei veicoli elettrici, in particolare la diffusione in Europa delle stazioni di carica, i metodi di carica le caratteristiche della connessione del veicolo alla stazione, e della stazione alla rete pubblica di distribuzione. La tesi illustra lo stato dell’arte dei sistemi di ricarica, le norme relative, sia tecniche che di legge, l’interfaccia di connessione fra veicolo elettrico e stazione di ricarica, ancora oggetto di discussione e non ancora unificato a livello europeo. La tesi affronta anche i sistemi di protezione previsti dalla norma tecnica per la sicurezza delle persone dai contatti elettrici. La tesi contiene inoltre cenni al sistema di comunicazione tra veicolo e stazione di ricarica, e alla crescente attenzione della ricerca internazionale per le tecniche “vehicle to grid”.

Utilizzo di composti d'aroma per aumentare la sicurezza igienico-sanitaria di germogli di ravanello

Questo elaborato ha come obiettivo valutare l’efficacia di alcuni composti d’aroma, ossia componenti di oli essenziali la cui attività antimicrobica è nota in letteratura, nell’aumentare la sicurezza igienico-sanitaria di germogli di ravanello Daikon. In particolare sono stati utilizzati timolo e carvacrolo, costituenti di oli di piante tra cui timo e origano. Vista la grande espansione nel mercato alimentare di semi germogliati pronti all’uso, matrice veicolante numerosi casi di tossinfezione alimentare, sono state effettuate prove per valutare il rischio di sviluppo di Listeria. Si è lavorato simulando un processo casalingo, facendo germinare i semi in acqua addizionata o meno di diverse concentrazioni dei due terpeni fenolici. I semi utilizzati venivano precedentemente inoculati con Listeria innocua, utilizzata come surrogato del patogeno Listeria monocytogenes. Il ricambio dell’acqua di ammollo avveniva ogni 24 ore, e dopo 6/24/32/48 ore venivano prelevate quantità note di semi e acqua, al fine di valutarne il contenuto in L. innocua, carica microbica totale ed enterobatteri. La prima prova, che ha previsto l’uso di timolo come unico composto antimicrobico, ha mostrato una riduzione di un ciclo logaritmico di L. innocua ed enterobatteri nei semi, mentre nell’acqua essi erano presenti solo dopo 24 e 48 ore. Risultati analoghi sono stati ottenuti utilizzando solo carvacrolo. Infine è stato testato l’eventuale effetto sinergico di timolo e carvacrolo, che però non ha dato differenze particolari rispetto a campioni trattati coi singoli composti. I risultati ottenuti hanno evidenziato l’elevato rischio microbiologico associato ai semi germogliati con produzione domestica, poiché le condizioni adottate favoriscono lo sviluppo di specie patogene. L’utilizzo dei composti di aroma, se pure in grado di ridurre sia le cinetiche di crescita che la quantità di Listeria, non è tuttavia in grado di controllare in maniera significativa il rischio associato a tali prodotti.

Studio propedeutico del potenziale di crescita di Listeria monocytogenes durante la shelf life di confezioni monoporzione di battuta di vitello

Scopo della tesi è la valutazione del potenziale di crescita (δ) di Listeria monocytogenes espressa come differenza tra il carico cellulare (log10 ufc/g) alla fine e all’inizio della prova, in monoporzioni di battuta di vitello (tartare) confezionate sottovuoto e conservate a temperatura di refrigerazione. Si tratta di un alimento ready to eat – RTE – prodotto dalla Ditta INALCA Spa e destinato ad una catena di ristorazione. I challenge test hanno lo scopo di fornire informazioni sul comportamento in determinate condizioni di conservazione, di L. monocytogenes inoculata artificialmente in un alimento. L. monocytogenes è un microrganismo patogeno ubiquitario nell’ambiente e resistente a diverse condizioni ambientali. E’ stato dimostrato che il batterio è responsabile della contaminazione post-processo degli alimenti, in quanto è stato isolato da impianti di trasformazione, macchine per l’imballaggio, nastri trasportatori, guanti, congelatori e guarnizioni. Sono state oggetto di studio: - i) 3 u.c. inoculate con soluzione fisiologica sterile su cui sono stati valutati Aw, pH, carica aerobia mesofila, batteri lattici, Pseudomonas, Enterobacteriaceae, muffe e lieviti; - ii) 1 u.c. non soggetta ad alcun inoculo per la ricerca qualitativa/quantitativa di L. monocytogenes; - iii) 9 u.c. contaminate con una miscela di 5 ceppi di L. monocytogenes (circa 100 ufc/g). Le confezioni inoculate sono state conservate per 21 giorni (pari alla shelf-life commerciale), di cui i primi 7 alla temperatura di +3°C, ed i successivi 14 giorni a +5°C. Il valore δ è risultato pari a 0.57: essendo superiore, seppure di poco, al valore soglia 0.5, le tartare in esame sono classificate come alimenti pronti che costituiscono terreno favorevole alla crescita di L. monocytogenes (categoria 1.2); in base al regolamento (CE) 2073/2005, il microrganismo deve essere assente in 25 g alla produzione e < 100 ufc/g durante la shelf–life (nota 5 e 7).

Produzione di micro-supercapacitori allo stato semisolido per applicazioni portatili

La seguente tesi prevede la costruzione e caratterizzazione di un micro-supercapacitore asimmetrico composto da un anodo a base di ZnO ed un catodo a base di grafene ossido ridotto (rGO); la combinazione di due materiali con differente natura di accumulo di carica permette quindi di ottenere dispositivi con migliori performance elettrochimiche. Entrambi gli elettrodi sono stati depositati per via elettrochimica su substrati flessibili di PET-ITO. L'ottimizzazione delle proprietà dello ZnO è stata fatta tramite l'aggiunta di molecole di tensioattivi durante la deposizione dello stesso. I risultati ottenuti mostrano un effettivo miglioramento delle proprietà elettrochimiche e della trasparenza dei film di ZnO prodotto grazie all'effetto di tali tensioattivi. Inoltre anche le proprietà di rGO sono state ottimizzate allo scopo di ottenere buone proprietà elettrochimiche abbinate all'elevata trasparenza del film prodotto. Infine sono stati costruiti micro-supercapacitori allo stato semisolido con differenti agenti gelificanti (silice e Nanoclay) ed il loro funzionamento è stato dimostrato.