Realizzazione di una torcia al plasma atmosferico in configurazione semi-metallica utilizzando componentistica da forno a microonde-Master Thesis Terenziani Giovanni

Author: Terenziani Giovanni ; Type of thesis: Master Thesis
Abstract: THIS THESIS IS PROTECTED BY TRADE SECRET. IF YOU WANT TO CONSULT IT, You need to contact the Master Director

Lo scopo di questa tesi è quello di realizzare una torcia al plasma atmosferico utilizzando componentistica a basso costo, quale quella dei normali forni a microonde. Tutto ciò è dovuto al fatto che sempre maggiore interesse da parte della comunità scientifica viene rivolto verso questo tipo di tecnologia, e i prezzi delle componenti non risulta essere ancora del tutto accessibile per ottenere un oggetto per le applicazioni industriali. Con questo obbiettivo è stata realizzato questo lavoro, e dai risultati ottenuti si è verificato che la strada è quella giusta da seguire, e l’enorme gap esistente tra la tecnologia già sviluppata e quella realizzata in loco è stato colmato. Si è riusciti infatti a riprodurre il sistema originale con un risparmio dei costi pari a circa 2 ordini di grandezza. Questo apre numerose ed interessanti strade per l’utilizzo di queste torce in ambienti sia industriali che di ricerca. Verranno illustrate le procedure di indagine, le evoluzioni fatte ed i risultati ottenuti, ponendo particolare attenzione sulle modalità di sviluppo delle componenti elettroniche che compongo il cuore del sistema. Una preliminare analisi delle caratteristiche del plasma è stata inoltre effettuata, portando interessanti risultati, meritevoli di ulteriori indagini. Ma prima di addentrarsi nei dettagli tecnici e strutturali un po’ di teoria dei plasmi. Continue reading

STUDIO DELL’OSSIDO DI RAME PER APPLICAZIONI FOTOVOLTAICHE-Master Thesis Crosato Carlo

Author: Crosato Carlo ; Type of thesis: Master Thesis
Abstract: Scopo del presente lavoro è raccogliere una serie di informazioni e studi pubblicati da autori vari riguardanti Cu2O, con particolare riguardo sia alla produzione di Cu2O sia al suo utilizzo in applicazioni fotovoltaiche. Gli studi e le applicazioni su questo particolare semiconduttore sono iniziati nel 1920 e hanno avuto un certo fervore fino al 1950. In questo periodo si sono studiate le proprietà di semiconduttore di tipo p di Cu2O e si sono realizzati i primi diodi Schottky rettificanti. Con l’avvento degli studi e le applicazioni sul silicio, l’interesse su questo materiale è andato via via diminuendo e di conseguenza gli investimenti in ricerca. Le caratteristiche di Cu2O sono però tali da renderlo un candidato autorevole nella produzione di celle fotovoltaiche. Il bandgap diretto, pari a circa 2eV, lo rende in teoria adatto all’assorbimento di una parte considerevole dello spettro solare e con efficienze teoriche del 20%. In pratica, però, le celle fotovoltaiche basate su Cu2O hanno mostrato efficienze inferiori al 2%. Questo soprattutto a causa di difettosità reticolari che però possono essere ridotte con opportuni trattamenti, lasciando intravedere quindi ampi spazi di miglioramento. Rame e Ossigeno, utilizzati per la produzione di Cu2O, sono particolarmente abbondanti ed economici e ovviamente non tossici, così come i vari processi tecnologici utilizzati per la produzione. Questo rende Cu2O particolarmente attrattivo nella produzione di celle fotovoltaiche “low cost” seppur a bassa o media efficienza. Le nuove tecniche di deposizione via sputtering, anche su materiale flessibile in rotoli, può permettere la realizzazione di vaste aree attive e quindi una sufficiente corrente fotovoltaica totale. Da non sottovalutare poi la facilità d’integrazione architettonica. Continue reading

Protocollo di pulizia superficiale di contaminanti radioattivi in ultratraccia sui componenti in rame per l’esperimento Cryogenic Underground Observatory for Rare Events (CUORE)-Master Thesis DE BIASI Antonella

Author: DE BIASI Antonella ; Type of thesis: Master Thesis
Abstract: CUORE è un progetto internazionale che si propone come obiettivo la misura del tempo di decadimento doppio beta (decadimento ββ o DBD) del neutrino, cioè nell’occorrenza simultanea di due decadimenti beta nello stesso nucleo. Questo avviene mediante l’uso di un rivelatore composto da una schiera di 988 bolometri di TeO2, disposti in una configurazione cilindrica di 19 torri da 52 cristalli ciascuna. Dalla misura del tempo di decadimento dovrebbe essere possibile risalire direttamente alla massa del neutrino, uno dei grandi obbiettivi della ricerca attuale.
La pulizia superficiale della componentistica dell’esperimento CUORE è già stata oggetto di studio e lavoro, prodotti dal laboratorio di Superconduttività e Trattamenti di superficie dei LNL dell’INFN (per ulteriori informazioni si rimanda pertanto a detti elaborati [Menegatti (2005,2006)]).
Poiché il parametro cruciale di questo esperimento è il residuo della contaminazione radioattiva in superficie e la sua relativa rimozione, il più importante obbiettivo della fase di R&D di CUORE consiste nello sviluppare metodi per controllare e ridurre, a livelli trascurabili, il fondo radioattivo derivante da eventi di superficie. La configurazione di CUORE non permette un sostanziale aumento della sensibilità, se prima non viene messa a punto una procedura per abbattere di un ordine di grandezza l’inquinamento da Th e U presente sulla superficie dei cristalli e del rame. La pulizia della superficie dei materiali costituisce quindi una fase fondamentale affinché CUORE abbia successo.
Scopo dell’elaborato proposto è la compilazione di un accurato protocollo di pulizia in grado di ridurre la contaminazione radiattiva presente nel rame utilizzato. La procedura descritta nel protocollo è già in uso per pulire i campioni di CUORE, ma ha mostrato in alcuni punti lacune e problemi, che con il presente lavoro si cercherà di evidenziare e in taluni casi di risolvere. Un’analisi della procedura di pulizia è, infatti, fondamentale per apportare miglioramenti alla procedura stessa e capire quali saranno i prossimi passaggi da mettere a punto.
Scopo di questo lavoro è anche il fare il punto della situazione attuale per quanto concerne la pulizia superficiale dei campioni in Cu del progetto CUORE; questo scritto può costituire inoltre materiale informativo a disposizione dei gruppi scientifici che affrontano tematiche analoghe. Tra questi ultimi vi è il gruppo lavorante all’esperimento GERDA, proposto nel 2004 come un rivelatore di nuova generazione per la ricerca del decadimento doppio beta del 76Ge ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso. Continue reading

Applicazioni delle tecniche PVD alla fabbricazione di tegole bituminoso-metalliche utilizzabili da Tegola Canadese s.p.a. per il rivestimento decorativo e protettivo di opere architettoniche.-Master Thesis AZZOLINI OSCAR

Author: AZZOLINI OSCAR ; Type of thesis: Master Thesis
Abstract:

La collaborazione tra Tegola Canadese e LNL‐INFN è volta a studiare ricoprimenti a film sottile di substrati metallici, in particolare rame e alluminio, riconducibili ai prodotti tegole bituminose metalliche. I ricoprimenti PVD hanno come caratteristica principale il loro spessore compreso in un intervallo che va dalle centinaia di nanometri fino a qualche micron. Si intuisce come l’utilizzo di queste tecniche possa rivoluzionare la produzione di tegole dal punto di vista economico.
Infatti substrati metallici di basso valore su cui si realizzano ricoprimenti pregiati a film sottile come oro, argento o platino acquistano un valore intrinseco notevolmente superiore, risparmiando tutto il materiale in eccesso rappresentato dal bulk del substrato metallico. Inoltre l’utilizzo di film sottili su substrati metallici soggetti a ossidazione o attacchi chimici, come avviene per le tegole metalliche esposte agli agenti atmosferici, può essere la soluzione per
questo problema. Il rame ad esempio possiede una colorazione naturale ed è l’unico metallo oltre all’oro ad essere colorato, ma se esposto agli agenti atmosferici cambia la sua colorazione naturale per la formazione superficiale di suoi ossidi e sali a stechiometria variabile. Questi processi chimici impiegano anni per realizzarsi, fino a cento anni per ottenere il colore verde della Statua della Libertà, e non tutti i colori intermedi che si possono ottenere con una continua
esposizione alle intemperie sono gradevoli dal punto di vista estetico. Dapprima si crea un ossido di colore bruno‐marrone, che fa perdere la lucentezza del rame metallico; col passare del tempo questo ossido, arricchendosi di altri elementi presenti nell’atmosfera, diventa sempre più scuro, fino a giungere ad un colore tipo testa di moro. Infine assume definitivamente quella caratteristica tonalità verde o verde‐azzurra. La velocità con cui cambia colore dipende da diversi
fattori come ad esempio l’inclinazione della lastra, i composti presenti in atmosfera che variano tra le diverse zone geografiche e l’umidità. Come si può facilmente immaginare l’applicazione di
film sottili protettivi per il mantenimento nel tempo del colore originale del rame, oppure la realizzazione di ricoprimenti PVD con una colorazione verde stabile nel tempo, permetterebbero di realizzare edifici che presentino le due colorazioni esteticamente più interessanti: il color rame naturale e il verde‐azzurro. In questo lavoro di tesi si è sperimentata l’applicazione di materiali duri e inerti chimicamente come il DLC (acronimo di diamond like carbon) e la silice, che peraltro sono otticamente trasparenti alla luce visibile. Questi materiali offrono una possibile via di sviluppo di ricoprimenti protettivi di substrati come le tegole in rame, senza modificarne drasticamente la colorazione naturale e mantenendola nel corso degli anni. Continue reading

Applicazione delle tecniche PVD al settore decorativo tramite deposizione su legno di film sottili d’oro e sue leghe-Master Thesis STRADA FABIO

Author: STRADA FABIO ; Type of thesis: Master Thesis
Abstract: THIS THESIS IS PROTECTED BY TRADE SECRET. IF YOU WANT TO CONSULT IT, You need to contact the Master Director

Oggi la legislazione italiana riconosce e tutela circa 200 distretti industriali di cui oltre 30 nel solo Veneto. Il distretto industriale è un agglomerato di piccole e medie imprese, ubicate in un ambito territoriale circoscritto, specializzate in una o più fasi di un processo produttivo e integrate mediante una rete complessa di interrelazioni di carattere economico e sociale. La formazione dei distretti industriali ha interessato prevalentemente settori industriali connotati da processi produttivi ad alta intensità di lavoro umano e scarsa automazione; innovazione legata a processi di learning by doing.
Tali caratteristiche sono riscontrabili nella produzione di beni di consumo durevoli (mobili, ceramiche, occhiali, gioielli, abbigliamento) e dei macchinari impiegati per la loro produzione. In Nord Italia, e in particolar modo in Veneto, esiste una forte tradizione di artigianato nel settore del legno e dei mobili d’arte, testimoniata dal fatto che i tronchi delle foreste locali venivano largamente impiegati dalla Repubblica di Venezia. Il distretto veneto del legno rappresenta oggi la maggior area mobiliera a livello nazionale, in cui operano centinaia di piccole e medie imprese. Aziende di tipo artigianale, che accentrano all’interno quasi tutte le fasi di produzione e delegano a specialisti solamente alcune particolari operazioni di finitura. Aziende con un prezioso bagaglio di conoscenze tecniche, preservate e valorizzate dal Distretto.
La sfida principale è allora quella di riuscire a sfruttare appieno queste conoscenze e saperle vendere nei tempi, modi e valori corretti. Difatti nella società moderna, dove dei mobili non si valuta quasi più la qualità ma solamente i tempi e i costi di realizzazione, un prodotto artigianale su misura rischia di essere declassato e considerato troppo oneroso rispetto ai prodotti industriali della concorrenza (soprattutto del Nord ed Est Europa). Quindi occorre che i mobilieri classici, con produzione artigianale, propongano nel modo corretto i propri mobili e complementi d’arredo, unici nel loro genere e con caratteristiche tattili e di durata nel tempo non paragonabili a prodotti trattati industrialmente a basso costo. A maggior ragione se si considera che i mercati esteri ormai assorbono la maggior parte della produzione, e il made in Italy si propone sempre più come un sinonimo di eleganza, design, lusso.
Mantenere la posizione di leadership mondiale nel mercato di fascia alta è possibile solo fornendo ai clienti prodotti che racchiudono un elevato valore intrinseco e una forte componente artigianale anche quando realizzati in serie. Il vantaggio competitivo è poi strettamente legato al contenuto di innovazione (incremento delle prestazioni, standard di sicurezza, impiego di nuovi materiali, etc.), e qui si comprende l’importanza del Distretto, tra i cui compiti c’è proprio quello di favorire gli investimenti in ricerca e sviluppo: ecco com’è nato questo progetto.
L’idea originale è di applicare a prodotti di interesse industriale tecnologie di frontiera, messe a punto in laboratori come quelli dell’INFN di Legnaro: nel caso specifico la deposizione di rivestimenti decorativi in metallo prezioso tramite deposizione fisico vapore (PVD). Questa tecnologia consente di realizzare film di spessore micrometrico o persino nanometrico (con evidente risparmio di materiale), e si propone come alternativa a tecniche più tradizionali e costose, come l’intarsio su legno. La prima parte della tesi sarà quindi dedicata all’esposizione dei fondamenti teorici della tecnica di deposizione PVD per sputtering, utilizzata durante il progetto.
Nella seconda parte sono presentate le fasi che hanno condotto alla realizzazione di un sistema prototipo da deposizione tramite DC magnetron sputtering di film sottili in metallo prezioso. Si parte dalle specifiche di portabilità, compattezza e fle Continue reading

Design, progettazione e costruzione di un impianto da sputtering per deposizione su substrati di grande area-Master Thesis Pretto Nicola

Author: Pretto Nicola ; Type of thesis: Master Thesis
Abstract: Il presente lavoro di tesi ha visto la progettazione meccanica, mediante Autodesk® Inventor™ “Professional 2008”, di una camera da Ultra Alto Vuoto per la deposizione fisica da fase vapore -magnetron sputtering- di film metallici su substrati nastriformi, adottando un sistema di movimentazione di tipo roll-to-roll. La peculiarità di questo apparato è quella di poter trattare, in un’unica sessione, un nastro continuo lungo anche qualche centinaio di metri. Il progetto è nato contestualmente alla necessità della TFE (Thin Film Equipment) di avere un impianto pilota semi-industriale per la produzione in continuo di film sottili di silice su materiale plastico. Con tale apparato, la TFE intende effettuare uno studio di processo atto a caratterizzarne i parametri ed a verificare le caratteristiche dei film, in vista della possibile costruzione di un vero e proprio impianto industriale per la STMicroelectronics. In particolare, la progettazione della macchina è un’operazione di refurbishing di una parte di un sistema da vuoto già esistente e parzialmente funzionante, ma oramai dismesso, che fu costruito allo scopo di conservare le cavità a quarto d’onda in piombo dell’acceleratore dei Laboratori Nazionali di Legnaro in un ambiente il più possibile pulito: il vuoto spinto. Questa camera, oltre a poter essere impiegata come impianto pilota per uno studio di processo industriale di deposizione su nastro, è stata predisposta anche per poter trattare substrati generici, all’occorrenza, previa rimozione del sistema di movimentazione. L’operazione iniziale è stata la trasposizione su file dei due sistemi da vuoto dismessi; quindi è stata effettuata una veloce analisi degli spazi destinati ad alloggiare il futuro impianto, ne sono stati definiti gli utilizzi ed i requisiti tecnici, sono stati valutati gli interventi da effettuare ed infine sono stati presi in considerazione gli accessori da applicare, con particolare attenzione ai sistemi di deposizione e di movimentazione del nastro. Continue reading

Elettropulitura del Niobio con elettroliti a base di liquidi ionici-Master Thesis CECCATO MARCEL

Author: CECCATO MARCEL ; Type of thesis: Master Thesis
Abstract: L’uso di materiali superconduttori per la costruzione di cavità RF per gli acceleratori di particelle, permette di ottenere degli alti gradienti di accelerazione con basse perdite termiche. Tra tutti i possibili materiali, il niobio massivo puro, con Tc = 9.2 K, presenta il migliore comportamento superconduttivo se sottoposto ad alti campi di RF. Per ottenere alti fattori di qualità (Q0) e alti campi acceleranti (Eacc), sono necessarie superfici piatte e libere da difetti superficiali. Le dispersioni si generano in uno strato superficiale di 50-100 nm che presenta
esternamente l’ossido nativo (5-10 nm) solitamente contaminato da polvere ed elementi adsorbiti durante il processo di pulitura superficiale.
I processi di pulitura chimici BCP (Buffer Chemical Polishing) generano ottime superfici, nel particolare la lucidatura chimica ottenuta con la miscela FNP 1:1:2 (Acido Fluoridrico, Acido Nitrico, Acido Ortofosforico 1:1:2 v/v/v) da Kinter1 offre anche ottimi rendimenti. Nonostante questo, con il miglioramento delle tecniche di produzione, il trattamento finale è diventato il vero fattore limitante per l’ottenimento di gradienti acceleranti superiori a 35-40 MV/m2. L’EP (Electrochemical Polishing) rappresenta una valida alternativa offrendo, già dalle prime applicazioni, un miglioramento rispetto ai processi chimici standard di lucidatura. Infatti, anche se non è completamente chiaro il motivo, le superfici elettrolucidate presentano gradienti acceleranti maggiori delle superfici lucidate chimicamente. D’altronde l’impiego dell’elettrolucidatura, condotta in HF 36% / H2SO4 4%, non evita l’uso di agenti chimici alquanto pericolosi. Nasce da questi presupposti codesto lavoro di tesi che si propone l’ambizioso obiettivo di rendere il processo più sicuro e allo stesso tempo meno costoso. Continue reading

Densificazione di scariche a bagliore in dispositivi magnetron sputtering tramite accoppiamento di sorgenti Hollow Cathode-Master Thesis Pira Cristian

Author: Pira Cristian ; Type of thesis: Master Thesis
Abstract: Positive cum laude

ABSTRACT

Questo lavoro di tesi si propone di realizzare un nuovo tipo di sorgente per la deposizione di film sottili con velocità più elevate dei tradizionali sistemi magnetron sputtering e con un’erosione più uniforme del target.
Nelle tradizionali sorgenti di sputtering a diodo il plasma è sostenuto da una scarica elettrica in vuoto, in cui gli elettroni prodotti ionizzano il gas presente. Gli ioni del gas bombardano il target che funge da catodo, i cui vapori si depositeranno sul substrato, crescendo un film sottile ad elevata purezza. Il problema di queste sorgenti è la ridotta velocità di deposizione, a causa del fatto che gli elettroni vengono assorbiti dall’anodo (cfr. capitoli 1 e 3).
Oggigiorno le sorgenti a diodo, salvo specifici casi, sono state sostituite dalle più efficienti sorgenti a magnetron, in cui gli elettroni, spiralizzando attorno alle linee del campo magnetico, percorrono un cammino più lungo prima di arrivare all’anodo e producono pertanto un maggior numero di collisioni ionizzanti. Sono state poi sviluppate numerose configurazioni che mirano all’aumento della ionizzazione del plasma, in quanto è fondamentale aumentare la velocità di deposizione se si vuole utilizzare questa tecnica anche in campo industriale.
Due sono le strade che si possono seguire: aumentare ulteriormente il cammino degli elettroni, come ad esempio nelle sorgenti ECR (Electron Cyclotron Resonance) dove si sfrutta una sorgente a microonde; oppure aumentare la densità elettronica, e di conseguenza anche la densità ionica (un plasma deve essere sostanzialmente neutro) con l’ausilio di una seconda sorgente di elettroni. Nel passato si è indagata la possibilità di accoppiare al magnetron un filamento emittore di elettroni che sostenga la scarica, (…)
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