Chi siamo

In accordo con gli obiettivi di sviluppo sostenibile (SDGs) indicati dall’ONU (agenda 2030), ISSMC si propone lo studio fondamentale, la modellazione e la ricerca applicata di materiali ceramici con processi sostenibili (time-energy-resource saving technologies), ponendo particolare attenzione al riciclo/valorizzazione di rifiuti e sottoprodotti di diversa origine e natura e alla riduzione di materie prime critiche e/o nocive secondo i più moderni principi di eco-design e chimica verde in grado di soddisfare le esigenze della società e in supporto all’industria nazionale.

Le ricerche di ISSMC si focalizzano su materiali a matrice ceramica, nanostrutturati, con architetture complesse, in forma massiva o di rivestimento, densi e/o a porosità funzionale, dalla produzione delle polveri e/o precursori ai processi di consolidamento. Allo scopo di ottenere materiali sempre più performanti vengono inoltre sviluppati materiali compositi e ibridi, processi innovativi di sintesi, formatura e consolidamento per esempio self-assembly, (bio)mineralizzazione, geopolimerizzazione, additive manufacturing, cold sintering, field assisted sintering techniques. Contestualmente viene approfondita la comprensione dei fenomeni chimico-fisici che li supportano come nucleazione e transizioni di fasi, cristallizzazione e sinterizzazione, oltre ai processi di funzionalizzazione necessari ad impartire ai materiali nuove e migliorate funzionalità.

La versatilità che caratterizza i materiali a matrice ceramica permette a ISSMC di generare innovazione in più settori applicativi spaziando dalle scienze della vita, all’energia, all’high tech, al patrimonio culturale all’edilizia e all’ambiente. 

Più in particolare, la missione di ISSMC è rivolta alla ricerca su:

Energia e ambiente

L’intensa richiesta di riduzione nell’uso delle fonti energetiche tradizionali e la situazione climatica in continua evoluzione spingono in maniera sempre più pressante ad un approccio multidisciplinare nella progettazione e realizzazione di dispositivi con strutture innovative multi-scala, in grado di fornire risposte reali e sostenibili in termini di materiali e processi impiegati verso una società più rispettosa dell’ambiente e il più possibile decarbonizzata. In questi ambiti le attività di ricerca sono rivolte a:

-Materiali e dispositivi per la transizione energetica e le energie rinnovabili: economia dell’idrogeno, nuovi vettori energetici, conversione di energia in combustibili (Power to X), sistemi di accumulo energetico termo-elettro-chimico, catalizzatori e dispositivi per conversione solare e di biomasse;

-Materiali e processi per la tutela dell’ambiente: rimozione, immobilizzazione e sequestro di inquinanti da aria/acqua/suolo, nutrizione e protezione di piante e colture; Separazione, cattura e conversione di CO2 e NOx in building block per la chimica e l’industria;

– Sviluppo di materiali avanzati mediante approcci SSbD (Safe and Sustainable by Design) e valutazione e mitigazione dell’impatto dei (nano)materiali su salute e ambiente.

High tech e aerospazio

Condizioni severe quali, temperature estremamente elevate, ambienti chimicamente aggressivi e riscaldamento e raffreddamento rapidi, anche in combinazione tra loro, vanno oltre le capacità di molti materiali e richiedono lo studio di materiali ceramici e compositi hi-tech innovativi. In questo campo i materiali a matrice ceramica rappresentano una valida soluzione. A questo scopo vengono sviluppati:

– Materiali a matrice ceramica ultrarefrattaria, autoriparanti, compositi fibro-rinforzati per impieghi in ambienti caratterizzati da condizioni estreme di temperatura, pressione, corrosione;

– rivestimenti ceramici o ibridi per il controllo della bagnabilità delle superfici e l’ottenimento di materiali con proprietà antighiaccio, antivegetative autopulenti e a basso attrito;

– Materiali ceramici policristallini trasparenti e con alte prestazioni termo-meccaniche per applicazioni in dispositivi ottici, laser allo stato solido, finestre elettromagnetiche;

Patrimonio culturale e Edilizia

Le attività di studio e ricerca in questi settori, sono volte allo sviluppo di materiali e tecnologie innovative che possano soddisfare le esigenze primarie di soprintendenze, imprese di restauro, laboratori e componenti della filiera ceramica, e in grado di affrontare i cambiamenti geopolitici e climatici che prepotentemente influenzano il comportamento dei materiali esistenti e dei nuovi prodotti. Le attività sono quindi focalizzate a:

-Studio archeometrico e diagnostico di materiali inorganici costituenti manufatti di rilevanza architettonica, artistica e antropologica del patrimonio culturale mediante tecniche di indagine tradizionali e non invasive; progettazione e sviluppo di materiali e sistemi innovativi sostenibili per la conservazione ed il recupero del costruito storico e per l’arte, che tengano in conto non solo la componente di compatibilità ma anche quella di reversibilità;

– Nuovi materiali, sistemi e processi per i materiali ceramici per l’edilizia, dal comportamento delle materie prime (e identificazione di nuovi giacimenti e materie prime seconde), alle proprietà dei prodotti ed innovazione di processi e prodotti. Sviluppo di compositi consolidati a freddo per l’isolamento termo-acustico; barriere termiche e tagliafuoco; valorizzazione di scarti anche da demolizione.

Scienze della vita

Per migliorare la qualità della vita, occorre progettare e sviluppare nuovi materiali e metodologie per la prevenzione, la cura e la diagnosi. A tal fine, si sviluppano biomateriali multi-funzionali che vengono riconosciuti dal corpo umano come quasi-autologhi e coinvolti nei processi metabolici naturali, svolgendo la loro azione riparativa e/o rigenerativa. La loro progettazione trae ispirazione dalla natura che consente di generare materiali innovativi capaci di prestazioni senza eguali. Lo studio dell’interazione tra i materiali e le cellule rappresenta uno dei punti chiave nella progettazione di nuovi materiali e la definizione di terapie innovative di precisione (ingegneria tissutale/tumorale, medicina rigenerativa, nanomedicina). In questo ambito le attività di ricerca sono rivolte allo sviluppo di:

– Biomateriali impiantabili 2D e 3D per la medicina rigenerativa ed il trattamento di ferite infette croniche; cementi ossei bioattivi; protesi strutturali; materiali per l’odontoiatria preventiva; nanosistemi per la medicina di precisione e le terapie cellulari; booster e filtri solari per la cosmesi; dispositivi intelligenti per intensive care;

– Particelle funzionalizzate per il drug-delivery nel contesto della nanomedicina e della teranostica per la creazione di terapie farmacologiche innovative mirate e personalizzate.

– Biomatrici e modelli biologici avanzati, progettati per la validazione di materiali ceramici e ibridi, per la diagnosi di patologie altamente impattanti sul sistema sanitario e lo sviluppo di terapie di precisione.

Modellazione funzionale e di processo

Trasversalmente a tutte le aree tematiche ISSMC si occupa ed intende intensificare le attività di modellazione descrittiva e predittiva, anche basata su intelligenza artificiale, delle proprietà dei materiali e dei processi di produzione per lo studio di: fenomeni all’interfaccia, processi di degrado/durabilità/riciclo, cinetiche complesse, catalisi chimica, proprietà morfologiche, meccaniche e biomeccaniche in condizioni ambientali ed estreme. Applicazione di procedure informatiche per la progettazione degli esperimenti (DoE) e la valutazione dell’impatto ambientale dei materiali (LCA).