Si presenta nel seguito la proposta di acquisizione di un'apparecchiatura analitica denominata "Diffrazione di elettroni retrodiffusi (EBSD - Electron BackScattered Diffraction)" in grado di fornire informazioni correlate alla grana cristallina, alla tessitura, all'orientamento dei cristalli e all'analisi di fase di materiali policristallini e monocristallini e di visualizzare tali informazioni in mappe colorimetriche sovrapponibili a micrografie SEM. La tecnica può inoltre essere impiegata per identificare e rappresentare lo stato di microdeformazione dei grani indotto dalla presenza di tensioni interne al materiale.
L'apparecchiatura consiste di un modulo hardware di acquisizione e di un software avanzato di elaborazione che devono essere integrati ad un microscopio elettronico a scansione ad emissione di campo, attualmente in acquisizione presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica Materiali Ambiente.
La ricerca proposta si focalizza principalmente sull'implementazione della tecnica EBSD nell'analisi di rivestimenti dalla microstruttura complessa (multifasica, nanostrutturata o nanocomposita) e nell'analisi di trattamenti superficiali di giunzione o sigillatura laser di rilevante interesse industriale in settori strategici quali energia, aerospazio e meccanica avanzata.
L'obiettivo principale individuato non è meramente l'incremento di informazione sui materiali caratterizzati ma è piuttosto l'applicazione delle informazioni derivanti da una tecnologia di caratterizzazione avanzata e originale finalizzata all'ottimizzazione di processi produttivi e/o tecnologici nei settori più sopra menzionati.
Accanto a questa linea di ricerca principale sono altresì individuate linee di ricerca e sviluppo che coinvolgono i proponenti che fanno capo a 9 diversi settori scientifico disciplinari, 4 Dipartimenti e 3 Macroaree, nei campi della metallurgia, delle materie prime, della meccanica, dei beni culturali, della medicina di laboratorio e delle scienze merceologiche.
La diffrazione di elettroni retrodiffusi appare innanzitutto come una tecnica analitica in grado di fornire elementi di nuova e più approfondita conoscenza sulla microstruttura di un materiale, sia esso policristallino o prodotto in forma di monocristallo.
Da questo punto di vista le informazioni che possono essere raccolte ed efficacemente rappresentate in forma di immagine utilizzando l'analisi EBSD e la successiva elaborazione complessa dei risultati acquisiti sono:
- Orientazioni preferenziali e misorientazioni cristallografiche
- Identificazione e mappatura (con diretta sovrapposizione ad immagini acquisite tramite microscopia elettronica) di fasi cristalline, anche a livello nanometrico.
- Misura di tessitura macro, micro e nanocristallina
- Dimensione e distribuzione della grana cristallina
- Tipi di bordi grano (ad alto o basso angolo)
- Deformazioni e quindi tensioni residue
- Caratterizzazione avanzata di interfacce, anche con fenomeni di epitassia e orientamento preferenziale indotto dal substrato
Tuttavia l'apporto più innovativo e il contributo più significativo che il gruppo di proponenti identifica nel possibile impiego della tecnica EBSD è quello di una caratterizzazione finalizzata alla messa a punto di condizioni operative ottimali per la produzione di rivestimenti, materiali, particelle nanometriche, film etc. caratterizzati dalle proprietà più possibile corrispondenti a quelle desiderate.
Si sottolinea quindi che il principale impiego proposto per l'apparecchiatura richiesta - in tutte le diverse applicazioni più oltre descritte, di interesse di svariati gruppi di ricerca - è da valutarsi in un'ottica di ottimizzazione di processi produttivi e/o tecnologici, e non meramente di incremento di informazione sui materiali caratterizzati.
A titolo di esempio si citano:
- Ottimizzazione di processi di deposizione di rivestimenti (ricerche in corso presso DICMA)
- Ottimizzazione di procedimenti di saldatura, giunzione o rifusione superficiale mediante laser (ricerche in corso presso DIMA)
- Ottimizzazione di procedimenti di dispersione di nanofasi in materiali compositi (ricerche in corso presso DICMA)
- Ottimizzazione dei processi di sintesi ed estrazione di nanoparticelle metalliche o ceramiche (ricerche in corso presso DICMA)
- Ottimizzazione di tecniche di assemblaggio di biosensori (ricerche in corso presso DMS e Dip. Management).
Secondo quanto risulta a seguito di una ricerca mirata effettuata dai proponenti non è ad oggi presente in tutto l'ateneo di Sapienza alcuna apparecchiatura in grado di effettuare diffrazione di elettroni retrodiffusi, né con riferimento a strumenti di ultima generazione, dotati di maggiori velocità di acquisizione e di software molto avanzati per l'elaborazione delle informazioni raccolte, né con riferimento a strumentazioni più datate, caratterizzate da lunghi tempi di acquisizione e in grado di restituire unicamente pattern di diffrazione non elaborati, dedicate perlopiù allo studio dei monocristalli.
Il Gruppo proponente è costituito da docenti che fanno riferimento a 9 settori scientifico disciplinari (ING IND 22 Scienza e Tecnologia dei Materiali, ING IND 21 Metallurgia, ING IND 29 Ingegneria delle Materie Prime, ING IND 24 Principi di Ingegneria Chimica, ING IND 09 Sistemi per l'Energia e l'Ambiente, ING ING 16 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione, GEO 09 Georisorse Minerarie e Applicazioni Mineralogico- Petrografiche per l'ambiente e i Beni Culturali, MED 46 Scienze e Tecniche di Medicina del Laboratorio, SECS P 13 Scienze Merceologiche), 4 Dipartimenti (Ingegneria Chimica Materiali Ambiente, Ingegneria Meccanica e Aeronautica, Medicina Sperimentale e Management) e 3 Macroaree (B. D ed F).
Come evidenziabile dall'allegata Dichiarazione del Direttore del DICMA e dal regolamento sull'uso dell'apparecchiatura, l'attrezzatura sarà comunque a disposizione, oltre che al gruppo proponente, di tutti i docenti del DICMA, nei limiti e con le modalità specificate nel regolamento stesso.
La tecnica è, in particolare, ampiamente consolidata anche nel campo della caratterizzazione dei materiali geologici (tipicamente per studi di deformazione di minerali e rocce), e l'apparecchiatura potrà utilmente essere impiegata a servizio per ricercatori della Macroarea A - Dip. Scienze della Terra che ne facciano eventualmente richiesta.