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QUANTItative scanning probe microscopy techniques for HEAT transfer management in nanomaterials and nanodevices.

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Metrologia termica su nanoscala

Con l’evoluzione della nanotecnologia si è sviluppata la necessità di sviluppare una nuova serie intera di norme e la metrologia. Definizioni standardizzate, strumenti, campioni di calibrazione e modelli per il trasporto termico in materiali nano-strutturati promuoveranno il progresso globale.

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I nanomateriali presentano molte proprietà meccaniche, termiche, ottiche e magnetiche impressionanti e particolari che differiscono enormemente da quelle degli stessi materiali di grandi dimensioni. Il progetto QUANTIHEAT (Quantitative scanning probe microscopy techniques for heat transfer management in nanomaterials and nanodevices), finanziato dall’UE, sta affrontando il lavoro dello sviluppo di definizioni, strumenti e metodi metrologici standardizzati inesistenti per studiare e quantificare il trasporto di calore in materiali nano-strutturati. Il team è partito dai materiali campione specificati dall’industria e dalla catalogazione delle tecniche di caratterizzazione termica e delle metodologie disponibili entro il consorzio per l’analisi multiscala del trasferimento di calore. Questo sforzo ha permesso agli scienziati di stabilire quali tecniche di misurazione e modellazione sarebbero le più appropriate per i materiali dati. Una revisione delle definizioni e della terminologia attualmente usata ha puntato al potenziale molto elevato per la confusione nella descrizione dei risultati della scansione della microscopia termica (SThM). Ha inoltre evidenziato il bisogno fondamentale di campioni ben caratterizzati che consentono confronti tra un laboratorio e l’altro. Sono stati offerti consigli sotto forma di un documento preliminare allo scopo di portare alle definizioni standardizzate. Una grande parte del lavoro è dedicato allo sviluppo di nuovi strumenti di metrologia tra cui la calibrazione, i campioni di riferimento e verifica, oltre ai modelli con un’attenzione rivolta ai metodi di fabbricazione industriale. Sono stati fabbricati e valutati campioni industriali di pellicole sottili di resistenza alla litografia per nanostampa, intercollegamenti innovativi basati su microparticelle nano-strutturate e materiali creati con il deposito di strati atomici. I risultati hanno aiutato gli studiosi a stabilire le tecniche di caratterizzazione termica richieste per affrontare gli aspetti di trasferimento termico importanti dei processi manifatturieri. I ricercatori hanno inoltre fatto importanti progressi nello sviluppo di strumenti di simulazione e semi-analitici avanzati per l’analisi dei comportamenti termici nei materiali complessi e nelle loro interfacce. Parallelamente, i ricercatori hanno sviluppato nuovi dispositivi di misurazione e calibrazione, incluse le sonde sperimentali e le combinazioni degli SThM con la microscopia a elettroni di scansione o la radiometria a raggi infrarossi. QUANTIHEAT è sulla strada verso l’offerta di un intera nuova serie di strumenti di metrologia per analizzare il trasporto di calore nei materiali nano-strutturati. Essi verranno inoltrati alle organizzazioni europee e internazionali per stabilire standard e modelli sulla calibrazione stabiliti a livello internazionale. Questo contributo senza valore al campo notevolmente importante dei nanomateriali migliorerà inoltre la competitività dei fabbricanti dell’UE.

Parole chiave

Termico, metrologia, nano, microscopia, trasferimento di calore

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