Morphological characterization of ZnS thin films for photovoltaic applications

Le celle solari a film sottile sono tra le alternative più promettenti nel campo fotovoltaico. La ricerca di materiali non tossici ed economici per la passivazione delle superfici è di fondamentale importanza. Il presente è uno studio sulla morfologia di film sottili di ZnS. I campioni analizzati sono stati cresciuti tramite DC sputtering a diversa potenza (range 50-150W) per studiare le connessioni tra condizioni di deposizione e proprietà strutturali. Lo studio è stato condotto mediante acquisizione di mappe AFM. E' stata effettuata un'analisi dei buchi (dips) in funzione della potenza di sputtering, per individuare il campione con la minore densità di dips in vista di applicazioni in celle solari a film sottile. I parametri strutturali, quali la rugosità superficiale e la lunghezza di correlazione laterale sono stati determinati con un'analisi statistica delle immagini. La densità e dimensione media dei grani sono state ricavate da una segmentazione delle immagini. Le analisi sono state svolte su due campioni di ZnO per fini comparativi. Tramite EFM sono state ottenute mappe di potenziale di contatto. Tramite KPFM si è valutata la differenza di potenziale tra ZnS e un layer di Al depositato sulla superficie. La sheet resistance è stata misurata con metodo a quattro punte. Dai risultati la potenza di sputtering influenza la struttura superficiale, ma in maniera non lineare. E' stato individuato il campione con la minore rugosità e densità di dips alla potenza di 75 W. Si è concluso che potenze troppo grandi o piccole in fase di deposizione promuovono il fenomeno di clustering dei grani e di aumentano la rugosità e densità di dips. E' emersa una corrispondenza diretta tra morfologia e potenziale di contatto alla superficie. La differenza di potenziale tra Al e ZnS è risultata inferiore al valore noto, ciò può essere dovuto a stati superficiali indotti da ossidi. Il campione risulta totalmente isolante.

Il getto relativistico nella galassia Virgo-A (M87)

Nell'ambito di questa tesi, sono trattate le proprietà dei Nuclei Galattici Attivi(AGN) e dei loro getti. In particolare è stata esaminata la radiogalassia M87. Quest'ultima ha un getto che si muove apparentemente con velocità superiori a quella della luce, il cosidetto moto superluminale. É stato preso in esame la parte iniziale del getto. I dati sono stati presi dal progetto pubblico "Mojave", in modo tale da poter essere analizzati tramite il software AIPS, per ricavare informazioni inerenti al moto di una sottostruttura del jet. É stato trovato che questa componente ha una velocità apparente bassa(0.05 c), mentre la velocità collettiva del jet è fortemente relativistica.

Electronic properties of Van der Waals heterostructures

L’interazione spin-orbita (SOI) nel grafene è attualmente oggetto di intensa ricerca grazie alla recente scoperta di una nuova classe di materiali chiamati isolanti topologici. Questi materiali, la cui esistenza è strettamente legata alla presenza di una forte SOI, sono caratterizzati dall’interessante proprietà di avere un bulk isolante ed allo stesso tempo superfici conduttrici. La scoperta teorica degli isolanti topologici la si deve ad un lavoro nato con l’intento di studiare l’influenza dell’interazione spin-orbita sulle proprietà del grafene. Poichè questa interazione nel grafene è però intrinsecamente troppo piccola, non è mai stato possibile effettuare verifiche sperimentali. Per questa ragione, vari lavori di ricerca hanno recentemente proposto tecniche volte ad aumentare questa interazione. Sebbene alcuni di questi studi abbiano mostrato un effettivo aumento dell’interazione spin-orbita rispetto al piccolo valore intrinseco, sfortunatamente hanno anche evidenziato una consistente riduzione della qualità del grafene. L’obbiettivo che ci si pone in questa tesi è di determinare se sia possibile aumentare l’interazione spin-orbita nel grafene preservandone allo stesso tempo le qualità. La soluzione proposta in questo lavoro si basa sull’utilizzo di due materiali semiconduttori, diselenio di tungsteno WSe2 e solfuro di molibdeno MoS2, utilizzati da substrato su cui sopra verrà posizionato il grafene formando così un’eterostruttura -nota anche di “van der Waal” (vdW)-. Il motivo di questa scelta è dovuto al fatto che questi materiali, appartenenti alla famiglia dei metalli di transizione dicalcogenuri (TMDS), mostrano una struttura reticolare simile a quella del grafene, rendendoli ideali per formare eterostrutture e ancora più importante, presentano una SOI estremamente grande. Sostanzialmente l’idea è quindi di sfruttare questa grande interazione spin-orbita del substrato per indurla nel grafene aumentandone così il suo piccolo valore intrinseco.

Studio di fotoconducibilità di cristalli di TIPS-pentacene

I semiconduttori organici presentano proprietà che consentono la produzione di dispositivi impensabili fino a pochi anni fa: sono flessibili, leggeri e robusti, ed inoltre facili ed economici da depositare. La loro capacità di rivelare direttamente la radiazione ionizzante, convertendola in segnale elettrico, li pone come ottimi candidati per una nuova generazione di rivelatori a stato solido per raggi X, utilizzabili in situazioni e luoghi prima inaccessibili a quelli inorganici, o addirittura comodamente indossabili. Tuttavia i fenomeni di fotogenerazione e raccolta di carica in questi materiali non sono ancora completamente compresi. Ottimali per lo studio di queste ed altre proprietà intrinseche sono le forme di impacchettamento a cristallo singolo. Questa tesi analizza e confronta i segnali elettrici di campioni di cristalli singoli di TIPS-pentacene quando esposti a flussi crescenti di radiazione visibile e di raggi X a diversi voltaggi, proponendo dei modelli per la loro interpretazione. Viene inoltre riportato un confronto con le stesse misure effettuate su un campione dello stesso materiale in forma di film sottile.

Embodied computation and life: building blocks for open-ended evolution

Il presente lavoro si propone di sviluppare una analogia formale tra sistemi dinamici e teoria della computazione in relazione all’emergenza di proprietà biologiche da tali sistemi. Il primo capitolo sarà dedicato all’estensione della teoria delle macchine di Turing ad un più ampio contesto di funzioni computabili e debolmente computabili. Mostreremo quindi come un sistema dinamico continuo possa essere elaborato da una macchina computante, e come proprietà informative quali l’universalità possano essere naturalmente estese alla fisica attraverso questo ponte formale. Nel secondo capitolo applicheremo i risultati teorici derivati nel primo allo sviluppo di un sistema chimico che mostri tali proprietà di universalità, ponendo particolare attenzione alla plausibilità fisica di tale sistema.

Deposizione di grafene su superfici porose 3D col metodo CVD

L’attività di tesi, svolta presso i laboratori dell’Istituto CNR-IMM di Bologna, si è focalizzata sulla crescita tramite Deposizione Chimica da Fase Vapore di schiume di grafene - network tridimensionali costituiti da fogli di grafene interconnessi, in grado di unire le straordinarie proprietà del grafene ad una elevatissima area superficiale - e sulla loro caratterizzazione, con l’obiettivo di sintetizzare strutture 3D di grafene con una porosità controllata e buone caratteristiche strutturali. Nel primo capitolo della tesi vengono illustrate da un punto di vista generale le caratteristiche e proprietà salienti del grafene, sia dal punto di vista strutturale che fisico. il secondo capitolo è dedicato alle tecniche di produzione del materiale, dall’esfoliazione meccaniche, a quella chimica, per arrivare alle tecniche di crescita vere e proprie. Maggiore attenzione viene chiaramente riservata alla Deposizione Chimica da Fase Vapore, utilizzata poi nell’ambito dell’attività sperimentale svolta. Nel terzo capitolo vengono descritti in dettaglio tutti gli apparati sperimentali utilizzati, sia per la sintesi del materiale (il sistema CVD), che per la sua caratterizzazione (microscopia elettronica a scansione, diffrazione a raggi X, spettroscopia fotoelettronica a raggi X e Raman). Il quarto ed il quinto capitolo sono dedicati alla parte sperimentale vera e propria. Nel quarto si descrive e si discute il processo messo a punto per crescere strutture tridimensionali di grafene a partire da schiume metalliche commerciali, mentre nel quinto vengono infine descritti gli approcci originali messi a punto per la sintesi di strutture con porosità controllata. Nelle conclusioni, infine, oltre a tirare le somme di tutto il lavoro svolto, vengono delineate le prospettive applicative dei materiali prodotti e le attività che sono attualmente in corso relative alla loro caratterizzazione e al loro impiego.

Ringier (Unternehmen)

Gruppo mediatico di proprietà della fam. omonima, le cui origini risalgono alla tipografia fondata nel 1833 a Zofingen da Johann Rudolf (1803-1874). Nel 1898 Paul August Ringier, esponente della terza generazione, rilevò l'azienda, che ampliò fino a farne un'impresa tipografica industriale e una delle principali case editrici della Svizzera. Nel 1932 la Ringier fu trasformata in un gruppo, divenne una soc. anonima e fu fondata la holding. Fino al 1938 pubblicò nove riviste illustrate per fam., di intrattenimento e dedicate ai programmi radiofonici, con una tiratura complessiva di 680'000 copie; nel 1959 diede vita al Blick. Dal 1960 con Hans (1906-2003), figlio di Paul August, e dal 1985 con i suoi figli Christoph (nascita 1941; in azienda fino al 1991) e Michael (nascita 1949), l'impresa divenne il più grande gruppo mediatico della Svizzera. Dal 1980 si è espansa in Germania, Asia e negli Stati Uniti e dal 1992 nell'Europa orientale. Nel 2008 impiegava in tutto il mondo 8129 persone e la cifra d'affari ammontava a oltre 1,535 miliardi di frs. Bibliografia – P. Meier, T. Häussler, Zwischen Masse, Markt und Macht, 2009

Synthesis of Macrocyclic Polymers Formed via Intramolecular Radical Trap-Assisted Atom Transfer Radical Coupling

The synthesis of cyclic polystyrene (Pst) with an alkoxyamine functionality has been accomplished by intramolecular radical coupling in the presence of a nitroso radical trap Linear alpha,omega-dibrominated polystyrene, produced by the atom transfer radical polymerization (ATRP) of styrene using a dibrominated initiator, was subjected to chain-end activation via the atom transfer radical coupling (ATRC) process under pseudodilute conditions in the presence of 2-methyl-2-nitrosopropane (MNP). This radical trap-assisted, intramolecular ATRC (RTA-ATRC) produced cyclic polymers in greater than 90% yields possessing < G > values in the 0.8-0.9 range as determined by gel permeation chromatography (GPC). Thermal-induced opening of the cycles, made possible by the incorporated alkoxyamine, resulted in a return to the original apparent molecular weight, further supporting the formation of cyclic polymers in the RTA-ATRC reaction. Liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) provided direct confirmation of the cyclic architecture and the incorporation of the nitroso group into the macrocycle RTA-ATRC cyclizations carried out with faster rates of polymer addition into the redox active solution and/or in the presence of a much larger excess of MNP (up to a 250:1 ratio of MNP:C-Br chain end) still yielded cyclic polymers that contained alkoxyamine functionality.

One Pot, Two Step Sequence Converting Atom Transfer Radical Polymerization Directly to Radical Trap-Assisted Atom Transfer Radical Coupling

Monobrominated polystyrene (PStBr) chains were prepared using standard atom transfer radical polymerization (ATRP) procedures at 80 °C in THF, with monomer conversions allowed to proceed to approximately 40%. At this time, additional copper catalyst, reducing agent, and ligand were added to the unpurified reaction mixture, and the reaction was allowed to proceed at 50 °C in an atom transfer radical coupling (ATRC) phase. During this phase, polymerization continued to occur as well as coupling; expected due to the substantial amount of residual monomer remaining. This was confirmed using gel permeation chromatography (GPC), which showed increases in molecular weight not matching a simple doubling of the PStBr formed during ATRP, and an increase in monomer conversion after the second phase. When the radical trap 2-methyl-2-nitrosopropane (MNP) was added to the ATRC phase, no further monomer conversion occurred and the resulting product showed a doubling of peak molecular weight (Mp), consistent with a radical trap-assisted ATRC (RTA-ATRC) reaction.

Selective Formation of Diblock Copolymers Using Radical Trap-Assisted Atom Transfer Radical Coupling

Polystyrene (PSt) radicals and poly(methyl acrylate) (PMA) radicals, derived from their monobrominated precursors prepared by atom transfer radical polymerization (ATRP), were formed in the presence of the radical trap 2-methyl-2-nitrosopropane (MNP), selectively forming PSt-PMA diblock copolymers with an alkoxyamine at the junction between the block segments. This radical trap-assisted, atom transfer radical coupling (RTA-ATRC) was performed in a single pot at low temperature (35 °C), while analogous traditional ATRC reactions at this temperature, which lacked the radical trap, resulted in no observed coupling and the PStBr and PMABr precursors were simply recovered. Selective formation of the diblock under RTA-ATRC conditions is consistent with the PStBr and PMABr having substantially different KATRP values, with PSt radicals initially being formed and trapped by the MNP and the PMA radicals being trapped by the in situ-formed nitroxide end-capped PSt. The midchain alkoxyamine functionality was confirmed by thermolysis of the diblock copolymer, resulting in recovery of the PSt segment and degradation of the PMA block at the relatively high temperatures (125 °C) required for thermal cleavage. A PSt-PMA diblock formed by chain extenstion ATRP using PStBr as the macroinitiator (thus lacking the alkoxyamine between the PSt-PMA segements) was inert to thermolysis. © 2013 Wiley Periodicals, Inc. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2013, 51, 3619–3626

One Pot, Two Step Sequence Converting Atom Transfer Radical Polymerization Directly to Radical Trap-Assisted Atom Transfer Radical Coupling

Monobrominated polystyrene (PStBr) chains were prepared using standard atom transfer radical polymerization (ATRP) procedures at 80 degrees C in THF, with monomer conversions allowed to proceed to approximately 40%. At this time, additional copper catalyst, reducing agent, and ligand were added to the unpurified reaction mixture, and the reaction was allowed to proceed at 50 degrees C in an atom transfer radical coupling (ATRC) phase. During this phase, polymerization continued to occur as well as coupling; expected due to the substantial amount of residual monomer remaining. This was confirmed using gel permeation chromatography (GPC), which showed increases in molecular weight not matching a simple doubling of the PStBr formed during ATRP, and an increase in monomer conversion after the second phase. When the radical trap 2-methyl-2-nitrosopropane (MNP) was added to the ATRC phase, no further monomer conversion occurred and the resulting product showed a doubling of peak molecular weight (M-p), consistent with a radical trap-assisted ATRC (RTA-ATRC) reaction. (C) 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Selective Formation of Diblock Copolymers Using Radical Trap-Assisted Atom Transfer Radical Coupling

Polystyrene (PSt) radicals and poly(methyl acrylate) (PMA) radicals, derived from their monobrominated precursors prepared by atom transfer radical polymerization (ATRP), were formed in the presence of the radical trap 2-methyl-2-nitrosopropane (MNP), selectively forming PSt-PMA diblock copolymers with an alkoxyamine at the junction between the block segments. This radical trap-assisted, atom transfer radical coupling (RTA-ATRC) was performed in a single pot at low temperature (35 degrees C), while analogous traditional ATRC reactions at this temperature, which lacked the radical trap, resulted in no observed coupling and the PStBr and PMABr precursors were simply recovered. Selective formation of the diblock under RTA-ATRC conditions is consistent with the PStBr and PMABr having substantially different K-ATRP values, with PSt radicals initially being formed and trapped by the MNP and the PMA radicals being trapped by the in situ-formed nitroxide end-capped PSt. The midchain alkoxyamine functionality was confirmed by thermolysis of the diblock copolymer, resulting in recovery of the PSt segment and degradation of the PMA block at the relatively high temperatures (125 degrees C) required for thermal cleavage. A PSt-PMA diblock formed by chain extenstion ATRP using PStBr as the macroinitiator (thus lacking the alkoxyamine between the PSt-PMA segements) was inert to thermolysis. (c) 2013 Wiley Periodicals, Inc. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2013, 51, 3619-3626

The Effects of Pi-Pi Stacking on the Controlled Radical Polymerization of Vinyl Aromatics

The atom transfer radical polymerization (ATRP) of styrene (St) was conducted in the presence of varying equivalence (eq) of hexafluorobenzene (HFB) and octafluorotoluene (OFT) to probe the effects of pi-pi stacking on the rate of the polymerization and on the tacticity of the resulting polystyrene (PSt). The extent of the pi-pi stacking interaction between HFB/OFT and the terminal polystyrenic phenyl group was also investigated as a function of solvent, both non-aromatic solvents (THF and hexanes) and aromatic solvents (benzene and toluene). In all cases the presence of HFB or OFT resulted in a decrease in monomer conversion indicating a reduction in the rate of the polymerization with greater retardation of the rate with increase eq of HFB or OFT (0.5 eq to 1 eq HFB/OFT compared to St). Additionally, when aromatic solvents were used instead of non-aromatic solvents the effect of the HFB/OFT on the rate was minimized, consistent with the aromatic solvent competitively interacting with the HFB/OFT. The effects of temperature and ligand strength on the ATRP of St in the presence of HFB were also probed. It was found that when using N,N,N’,N’,N’’-pentamethyldiethylenetriamine (PMDETA) as the ligand the effects of HFB at 38o were the same as at 86oC. When tris[2-(dimethylamino)ethyl]-amine (Me6TREN) was used as the ligand at 38o there was a decrease in monomer conversion similar to the analogous PMDETA reaction. When the polymerization was conducted at 86oC there was no effect on the monomer conversion with HFB present compared to when HFB was absent. To investigate the pi-pi stacking effect even further, the reverse pi-pi stacking system was observed by conducting the ATRP of pentafluorostyrene (PFSt) in the presence of varying eq of benzene and toluene, which in both cases resulted in an increase in monomer conversion compared to when benzene or toluene were absent; in summary the rate of the ATRP of PFSt increases when benzene or toluene waas present in the reaction. The pi-pi stacking interaction between the HFB/OFT and the dormant alkyl bromide of the polymer chain was verified by 1H-NMR with 1-bromoethylbenzene as the alkyl bromide. Also verified by 1H-NMR was the interaction between HFB/OFT and St and the interaction between PFSt and benzene. In all 1H-NMR spectra a perturbation in the aromatic and/or vinyl peaks was observed when the pi-pi stacking agent was present compared to when it was absent. The tacticity of the PSt formed in the presence of 1 eq of HFB was compared to the PSt formed in the absence of HFB by observing the C1 signal in their 13C-NMR spectra, but no change in shape or chemical shift of the signal was observed indicating that there was no change in tacticity.

Synthesis of Mid-Chain Functionalized Polymers

Polymers with mid-chain alkoxyamine functionality were synthesized by activating monohalogenated polymers in the presence of nitroso or nitrone radical traps. The resulting polymers were either polystyrene (PSt) homopolymers with a mid-chain alkoxyamine or PSt-poly(methyl acrylate) (PMA) diblock copolymers with an alkoxyamine unit at the junction between the segments. Monohalogenated polymers where synthesized by atom transfer radical polymerization (ATRP) and were then reacted to form polymer radicals in the presence of a radical trap, nitrone or nitroso. When only polystyrene radicals were reacted with the radical trap a dimer was formed with an alkoxyamine functionality in the center of the polymer chain. This functionality allowed the polymer chain to be cleaved in order to visualize the extent of the alkoxyamine functionality incorporation into the polymer chains. It was found that near quantitative alkoxyamine mid-chain functionality could be achieved by activating the PStBr in the presence of 10 equivalents of nitrone, 5 equivalents of copper bromide, and 2 equivalents of copper metal. Further reducing the amount of copper metal led to incomplete coupling, while increasing the equivalents beyond 2 generated polymer dimers with less than quantitative mid-chain functionality. Monochlorinated polystyrene (PStCl) precursors gave much poorer coupling results compared to reactions with PStBr, which is consistent with the stronger C-Cl bond resisting activation and the formation of the polystyryl radicals. When poly (methyl acrylate) (PMABr) is reacted with PStBr in the presence of a nitroso group at reduced temperatures (30 oC) block copolymers were selectively formed with an alkoxyamine functionality in the center. This was done by first activating the PSt-Br to form a polymer radical that would react with the radical trap to form a persistent radical on the oxygen. The PMA-Br, once activated, reacted with the radical on the oxygen to form the block copolymer. To test the amount of functionality incorporated, a coupling reaction was performed with no nitroso present, and found that no reaction occurred. This showed that the radical trap is essential for the coupling to occur, and cleavage of the diblock indicated that the alkoxyamine functionality was indeed incorporated into the diblock.

Synthesis Of Triblock Copolymers By Radical Trap Assisted-Atom Transfer Radical Coupling

Monobrominated diblock copolymers composed of poly(styrene) (PSt), poly(methylacrylate) (PMA), or poly(methyl methacrylate) (PMMA) were synthesized by consecutive atom transfer radical polymerizations (ATRP). The brominated diblocks were utilized in atom transfer radical coupling (ATRC) and radical trap-assisted ATRC (RTA-ATRC) reactions to form ABA type triblock copolymers. Once PMMA-PStBr and PSt-PMABrBr were produced by ATRP, the synthes of PSt-PMA-PSt and PMMA-PSt- PMMA by ATRC and also by RTA-ATRC were attempted. The coupling methods were compared and it was found that RTA-ATRC succeeded in synthesizing PSt-PMA-PSt where ATRC could not, and that RTA-ATRC improved coupling over ATRC for PMMAPSt- PMMA. Incorporation of the radical trap 2-methyl-2-nitrosopropane (MNP) midchain allowed for simple thermal cleavage of the triblock to confirm the RTA-ATRC pathway occurred in preference over the head to head radical coupling pathway of ATRC. Triblocks made by ATRC did not cleave under our conditions, as no MNP was present and thus no labile C-O bond was incorporated. The RTA-ATRC pathway allowed for lower catalyst amounts (2 molar equivalents of copper(I)bromide and 2 molar equivalents of copper metal) and a high degree of coupling at lower temperatures (40°C). The RTA-ATRC improved upon ATRC because of its ability to generate a persistent radical and proceed by first order kinetics with respect to the chain end radical.