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Il seguente elaborato di tesi è finalizzato allo studio, alla preparazione e alla caratterizzazione di campioni geopolimerici sintetizzati in laboratorio. I geopolimeri sono materiali allumino silicatici a matrice polimerica ottenuti, attraverso un trattamento termico a bassa temperatura (generalmente inferiore ai 150-200°C), da una polvere reattiva a composizione prevalentemente allumino silicatica, e un attivatore alcalino, che può essere sotto forma di soluzione o di polvere. Questi materiali innovativi, presentano una versatilità notevole per quanto riguarda le applicazioni potenziali. Infatti, avendo proprietà termiche, meccaniche e chimico-fisiche ottimali possono essere impiegati in differenti settori produttivi e/o industriali, dal settore edile e delle grandi opere fino a quello aeronautico e automobilistico . I materiali geopolimerici sono utilizzati in molteplici campi d’applicazione perché risultano essere economicamente vantaggiosi e relativamente semplici da produrre. In questo lavoro di tesi sono stati prodotti differenti campioni a matrice geopolimerica, utilizzando diversi materiali come precursori e due tipologie di attivatore alcalino. Sui campioni geopolimerici realizzati sono state effettuate numerose analisi: XRD, SEM, analisi dell'andamento interno della temperatura dei campioni durante il trattamento termico in incubatore a 80°C, e infine anche delle prove meccaniche preliminari di compressione verticale, investigando il comportamento di alcuni campioni geopolimerici rappresentativi una volta sottoposti a una pressione assiale di 30 MPa, 60 MPa e 90 MPa, per una durata compresa tra le 24 e le 48 ore, a carico costante.

Nel 2004 due Fisici dell’Università di Manchester, nel Regno Unito, isolarono per la prima volta un materiale dallo spessore di un singolo atomo: il grafene. Questo materiale, composto da un reticolo di atomi di carbonio disposti a nido d’ape, possiede interessanti proprietà chimiche e fisiche, tra le quali una elevata resistenza chimica e meccanica, un eccellente trasporto termico ed elettrico ed un’ elevata trasparenza. Il crescente fermento attorno al grafene ha suscitato un forte interesse a livello europeo, al punto che la Comunità Europea ha approvato due dei più grandi progetti di ricerca mai finanziati in Europa, tra questi il Graphene Flagship Project (www.graphene-flagship.eu) che coinvolge oltre 120 gruppi di ricerca da 17 Stati Europei e distribuirà nei prossimi anni 1,000 milioni di euro per lo sviluppo di tecnologie e dispositivi a base grafene. Con Flagship Grafene l’Europa punta sul grafene, e lo fa in grande. L’obiettivo è dunque ambizioso. Il suddetto materiale è infatti non solo il più sottile che conosciamo, con uno spessore di un atomo di carbonio, ma è anche 100 volte più resistente dell’acciaio e al tempo stesso flessibile. E’ Inoltre trasparente e conduce l’energia elettrica e termica molto meglio del rame. Ergo, il grafene offre le stesse performance dei materiali usati attualmente nei nostri dispositivi, con l’aggiunta però di ulteriori funzionalità.

Caratterizzazione di un biomateriale a base di fitocomplessi, contenente ossalato di potassio, progettato per il trattamento dell'ipersensibilità dentinale.

L’obiettivo di questa tesi è esfoliare mediante tecnica LPE qualche layer di grafite ed analizzare il campione ottenuto mediante la tecnica AFM. Negli studi sperimentali svolti nell’ambito di questa tesi sono state condotte tre tipologie di esperimenti: 1) analisi della grafite minerale prima del trattamento di esfoliazione; 2) esfoliazione LPE di grafite fissata su substrato di muscovite, in bagno ultrasonico con acqua bidistillata; 3) esfoliazione LPE di grafite fissata su muscovite, in bagno ultrasonico con azoto liquido. L’ultrasonicazione ha portato al distacco ed isolamento di frammenti di grafite di forma tipicamente triangolare e di dimensioni laterali micrometriche, i quali si sono depositati sul substrato di muscovite e ridepositati sulla grafite stessa. Inoltre ho osservato la presenza di diversi DLG (double-layer graphene) e addirittura la presenza di SLG (single-layer graphene) estesi alcune centinaia di nm. L’analisi AFM ha mostrato la presenza di bordi cristallografici definiti, a volte con la presenza di angoli di 120° e ha mostrato il fenomeno del “folding”.

L’ingegneria tissutale rappresenta oggi una delle tematiche più importanti di ricerca in ambito medico-ingegneristico. Questa disciplina si pone come obiettivo di far fronte alla mancanza, sostituzione o riparazione di tessuto attraverso lo sviluppo di scaffolds opportunamente ottimizzati. I polimeri naturali rappresentano una classe di materiali particolarmente indicata per soddisfare i requisiti richiesti soprattutto per la biocompatibilità che spesso li caratterizza. La gelatina è uno dei materiali che si presta alla realizzazione di scaffolds innovativi ad altissima biocompatibilità nonostante le scarse proprietà meccaniche e la facilità di degradazione. Proprio per questo è possibile migliorarne le prestazioni attraverso l’ottimizzazione di processi di blending con altri polimeri, in questo caso le nanofibre di cellulosa e l’impiego di agenti reticolanti. Lo scopo di questo lavoro di tesi, svolto presso l’Istituto di Scienza e Tecnologia dei Materiali Ceramici (ISTEC-CNR) di Faenza, è la progettazione, lo sviluppo e la caratterizzazione di scaffolds polimerici porosi a base di gelatina e nanocellulosa opportunamente reticolati per un ampio range di applicazioni nell’ambito dell’ingegneria tissutale. A questo scopo, sono stati sviluppati cinque dispositivi 3D porosi, ottenuti tramite liofilizzazione, che differiscono per il tipo di processo reticolante applicato. Il progetto ha previsto una prima fase di ricerca bibliografica che ha permesso di conoscere lo stato dell’arte sull’argomento trattato. Si è potuto così procedere alla realizzazione degli scaffolds e a una prima caratterizzazione di carattere chimico-fisico e morfologico. A questo punto, sulla base dei dati ottenuti, sono stati scelti i campioni su cui effettuare ulteriori caratterizzazioni meccaniche. In ultimo, sono stati analizzati e rielaborati tutti i risultati.

This study presents an evaluation on compressive strength of metakaolin-based geopolymers synthetized by using different activators, KOH and NaOH. The influence of NaOH/KOH concentration ratio together with curing temperature and time were investigated to find the best results from the compressive strength tests of metakaolin-based geopolymers, synthesized with a commercial metakaolin. Aggregates of small grain size referred as fillers, were added to reduce brittleness, and minimize the pore size and shrinkage of the final mixture creating a stronger network. In this work, silt recovered from industrial processes of wash water used for aggregates production was used as a filler in the production of KOH-based geopolymers, examining the possible influence on the mechanical strength of the final product. The curing temperatures chosen for the synthesis were 85°C, 60°C and 40°C. The samples were tested after 7 days and 28 days, according to the UNI EN 1015-11:2019 applied on Ca-based cements, analyzing the differences in mechanical strength comparing samples with similar and different compositions. The study presented in total 72 synthetized geopolymer specimens that were analyzed with unconfined compression test (UCT). The characterization of the starting materials metakaolin and silt was carried out using X- ray diffraction analysis (XRD). Whereas, the formed geopolymers were analyzed using X- ray diffraction (XRD), and scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive X- ray spectroscopy (EDS).

Geopolymers are solid aluminosilicate material made by mixing an activating solution and a solid precursor. This work studied the mechanisms of synthesis of metakaolin-based geopolymers and the influence of water content, described by the molar ratio H2O/Na2O, on the final product. The samples were tested using a Uniaxial Compressive Test (UCT) to define their compressive resistance. Two geopolymers series were synthetized and let them rest for 7- days and 28-days, each of them composed by six different sets. 7-day rest series showed that water addition had no relevant effect over its resistance while the 28-day rest series almost doubled the compressive resistance, although those with the highest H2O/Na2O molar ratio showed instead a drastic reduction. Two other series were synthesized by adding silt aggregate, a waste material obtained in the production of aggregate for concrete, corresponding to 10wt% and 20wt%of the metakaolin used. After 28 days of aging, these samples were tested via UCT to measure the variation of the compressive resistance after the silt addition. The aggregate has disruptive effects over the compressive resistance, but the 20wt% samples achieved a higher compressive resistance. Samples with highest and lowest compressive resistance have been chosen to carry out an XRD analysis. In all the samples it has been recognized the presence of Anatase (TiO2), a titanium oxide found in the metakaolin and Thermonatrite, a hydrated sodium carbonate [Na2CO3 • (H2O)]. Scanning Electron Microscopy was carried out on the samples with the highest compressive resistance and showed that the samples with lower water content developed a homogeneous geopolymeric texture, while those with higher water content showed instead a spongy-like texture and a higher air or pore solution bubbles presence. Silt/geopolymer composites showed a fracture system developing across the interstitial transition zone between the geopolymer matrix and the aggregate particle.