Realizzare materiali nanostrutturati è uno degli obiettivi di IBIS ECO. Le dimensioni nanometriche permettono di migliorare le prestazioni dei materiali attivi nella rivelazione di gas ambientali, scopo del progetto. Per fare questo, il partner CNR-ISM ha studiato l’utilizzo di tecniche di deposizione che permettono di amplificare questo effetto.

Materiali innovativi alla nanoscala

Uno degli obiettivi del progetto è quello di realizzare dei nuovi prototipi di multi-sensore per gas ambientali che presentino delle caratteristiche migliori e più performanti rispetto ai sensori commerciali. In questo contesto, è importante realizzare i materiali attivi nella rivelazione sottoforma di nanostrutture.

Le peculiarità di materiali alla nanoscala possono essere sfruttate (1 nanometro equivale a 1 miliardesimo di metro) per migliorare le prestazioni dei sensori. Infatti, le nanostrutture hanno un elevatissimo rapporto superficie/volume. Poiché la parte sensibile dei materiali attivi è proprio la superficie (attraverso la quale avviene contatto con i gas e le altre sostanze presenti nell’aria), le nanostrutture ne aumentano la sensibilità ovvero la capacità di interagire con il gas da rivelare.

Tecniche di deposizione PVD

Per poter introdurre la tipologia di produzione dei materiali attivi utilizzati per i sensori, bisogna introdurre il concetto di film sottile.

Il film sottile è definito come un rivestimento di un materiale con spessore variabile da pochi angstrom (10-10 m) ad alcuni micrometri (10-6 m). Tale rivestimento può essere ottenuto con tecniche di deposizione a partire da un materiale target diverso dal materiale (detto substrato) che verrà rivestito dal film sottile. Un rivestimento del genere può essere realizzato con molte tecniche diverse, ottimizzabili e selezionabili in funzione del materiale da depositare, del substrato da rivestire e delle proprietà funzionale che si desidera ottenere.

Per gli scopi del progetto, si è utilizzata la tecnica di deposizione PVD (Physical Vapour Deposition). Si tratta di un metodo per la deposizione di film sottili sottovuoto, in particolare per la fabbricazione di dispositivi elettronici.

Il metodo PVD può essere utilizzato per creare rivestimenti di poche decine o centinaia di nanometri e può generare depositi a strati differenti. Si tratta di processi di deposizione atomica nei quali il materiale del rivestimento viene sublimato da una sorgente solida o evaporato se liquida in forma di atomi o molecole e trasportato sotto forma di vapore fino al substrato che deve essere ricoperto, dove condensa e aderisce in modo molto tenace.

Le due tecniche di deposizione PVD utilizzate sono state:

• la tecnica di deposizione per polverizzazione catodica (sputtering)
• la tecnica di deposizione per vaporizzazione tramite fascio elettronico (electron-beam evaporation).

Queste Key Enabling Technologies sono presenti nei laboratori del CNR-ISM e vengono utilizzate per realizzare i materiali nanostrutturati alla base dei sensori di gas dei prototipi di IBIS ECO.