Riccardo Polini

Qualifica
ASSOCIATO CONFERMATO
Curriculum Vitae

Riccardo Polini è nato a Roma il 13 aprile 1961. Dopo la Maturità Classica, ottenuta nel 1979 con voti 60/60, ha conseguito nel marzo 1985 la Laurea in Chimica con voti 110/110 e lode. Dal 1985 al 1987 ha lavorato in qualità di Ricercatore presso il Centro Sviluppo Materiali (CSM) SpA di Roma. Dal 1987 al 1989 è stato Analista di Organizzazione Aziendale presso la Direzione del Personale dell'Agip Petroli SpA (Gruppo ENI). Nel 1989 prende servizio come Ricercatore di Chimica Generale e Inorganica presso la Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali (M F N) dell'Università degli Studi di Roma Tor Vergata. Nel 1992 viene confermato nel ruolo dei Ricercatori Universitari per il gruppo disciplinare CHIM/03 (Chimica Generale ed Inorganica). Nel 2013 consegue l'Abilitazione Scientifica Nazionale (ASN) a Professore Associato per il settore concorsuale 03/B1 (Fondamenti delle Scienze Chimiche e Sistemi Inorganici). Nel 2014 consegue l'Abilitazione Scientifica Nazionale (ASN) a Professore Associato per i settori concorsuali 03/B2 (Fondamenti Chimici delle Tecnologie) e 09/D1 (Scienza e Tecnologia dei Materiali). Attualmente è Professore Associato di Chimica Generale ed Inorganica presso il Dipartimento di Scienze e Tecnologie Chimiche dell'Universit√† di Roma "Tor Vergata". La sua produzione annovera oltre 100 articoli scientifici pubblicati su riviste internazionali indicizzate dotate di peer-review, 3 brevetti di cui 2 con estensione internazionale, decine di comunicazioni a congressi, oltre 2400 citazioni (fonte: Google Scholar, ultimo accesso 21/12/2018)), e un h-index di 27 (alla data del 21/1/2020, fonte: Scopus).

ATTIVITA' DI RICERCA SCIENTIFICA

1. CRESCITA DI DIAMANTE MEDIANTE CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION Dal 1989 al 1993 il Prof. Polini ha studiato i processi fondamentali di nucleazione e crescita di film di carbonio con struttura diamante cresciuti con Chemical Vapour Deposition (CVD) su substrati di interesse tecnologico. I risultati hanno evidenziato la necessità della presenza sulla superficie di idonei siti per la nucleazione eterogenea del carbonio, ed hanno portato alla formulazione di un modello cinetico per la nucleazione da fase vapore di diamante su superfici solide. Dal 1993 si occupa di rivestimenti 'superduri' di diamante CVD su utensili e manufatti in carburo di tungsteno cementato con cobalto (WC-Co), caratterizzati da elevatissima resistenza all'usura. In particolare, si sono studiati: 1) l'efficacia di diversi trattamenti superficiali (trattamenti chimici di corrugazione, trattamenti con laser a diodi, uso di interlayer di diversa natura quali nitruri e carburi di silicio o di metalli di transizione), 2) il ruolo dei parametri di processo CVD in abbinamento ai pre-trattamenti sull'adesione dei rivestimenti e sul loro comportamento in condizioni reali di impiego. Nel 1995 e nel 1996, il Prof. Polini è stato Responsabile Scientifico di un Programma Galileo Franco-Italiano avente come oggetto: "Nucleazione e crescita mediante CVD di film di diamante su substrati di interesse tecnologico". Il Programma, finanziato per due anni consecutivi, è stato svolto in collaborazione con l' Institut de Physique et Chimie des Materiaux de Strasbourg (IPCMS) del CNRS di Strasburgo. Il Prof. Polini ha svolto la propria attività di ricerca sulla deposizione di diamante CVD micro- e nano-strutturato collaborando con prestigiose istituzioni accademiche e scientifiche internazionali quali: 1) Dipartimento di Ingegneria Meccanica della Tohoku University di Sendai (Giappone), 2) Department of Chemistry and Materials della Manchester Metropolitan University (MMU) di Manchester (UK), 3) Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell'Università di Aveiro (Portogallo), 4) Fraunhofer Institute for Surface Engineering and Thin Films (Braunschweig, Germania), 5) Commissariat à l'Energie Atomique (CEA, Laboratoire Capteurs Diamant) di Saclay (Francia). La collaborazione con la Tohoku University ha consentito di valutare, per la prima volta in modo quantitativo, la tenacità dell'interfaccia tra film di diamante CVD e substrati di carburo di tungsteno cementato con cobalto (WC-Co). I dati hanno permesso di validare diversi pretrattamenti superficiali del WC-Co, necessari per garantire l'adesione del film di diamante depositato successivamente mediante CVD. La collaborazione con la MMU di Manchester si è protratta per un quinquennio a partire dal 2001, anno in cui il Prof. Polini, in virtù della rilevanza internazionale delle sue ricerche, fu invitato come Visiting Researcher presso l’Università britannica. Le attività svolte in collaborazione con la MMU hanno riguardato il rivestimento con diamante CVD di utensili rotativi per applicazioni odontoiatriche ed alla valutazione delle proprietà tribologiche e delle forze di taglio in lavorazioni ad alta velocità e senza lubrificante. La collaborazione con l'Università di Aveiro è iniziata nel settembre 2004, anno in cui il Prof. Polini è stato invitato in qualità di Visiting Research Scientist, e si è protratta fino al 2008. La collaborazione ha portato allo sviluppo di inserti per tornio in WC-Co rivestiti in diamante CVD per lavorazioni gravose di materiali altamente abrasivi. Grazie anche alla collaborazione avviata con il Fraunhofer Institute (Braunschweig, Germania), per la prima volta è stato usato un interstrato (interlayer) di ß-SiC ottenuto mediante lo stesso reattore utilizzato per la successiva deposizione CVD di diamante. L'uso di tale interstrato ha consentito di migliorare le proprietà di taglio degli inserti rivestiti con diamante CVD rispetto ad inserti rivestiti usando approcci più convenzionali.

2. ELETTROLITI CERAMICI PER CELLE A COMBUSTIBILE A OSSIDI SOLIDI (SOFC) Dal 2000 al 2009, il Prof. Polini si è occupato anche di sintesi, caratterizzazione e valutazione delle proprietà funzionali di materiali ceramici nanostrutturati e di materiali elettroceramici, con particolare riguardo alla sintesi sol-gel di conduttori ionici a struttura perovskitica e processing di film di elettrolita ottenuti con deposizione elettroforetica (EPD) per lo sviluppo di celle a combustibile ad ossidi solidi (SOFC) da impiegarsi a temperature intermedie (T < 800 °C). I risultati ottenuti hanno permesso di ottenere, per la prima volta, una cella a combustibile a ossidi solidi di tipo anodo-supportato con elettrolita in film di gallato di lantanio drogato depositato mediante EPD.

3. ELETTROLITI PER CELLE A COMBUSTIBILE A MEMBRANA POLIMERICA (PEMFC) Dal 2010 al 2012, il Prof. Polini si è occupato, all'interno del progetto europeo EU-FP7 "LoLiPEM" (Grant Agreement 245339), di sintesi, trattamenti termici di reticolazione e valutazione delle proprietà meccaniche e di trasporto di ionomeri da impiegarsi come elettroliti in celle a combustibile con membrana polimerica (PEMFC) operanti a T > 100 °C. In particolare, si sono studiate 1) l'evoluzione temporale del grado di reticolazione di polietereterchetone solfonato (S-PEEK) sottoposto a opportuni trattamenti termici per indurre cross-link interno, e 2) la conseguente modifica delle proprietà funzionali del materiale (modulo elastico, resistenza, temperatura di transizione vetrosa, capacità di scambio ionico e conducibilità protonica). I risultati hanno permesso di individuare le condizioni adatte per trasformare un polimero altamente idrofilo e idroliticamente instabile, quale lo S-PEEK con grado di solfonazione prossimo a 1, in uno ionomero reticolato, con elevata capacità di scambio ionico (IEC = 2.0-2.2 meq/g) e presa d'acqua tollerabile, dotato di elevata conducibilità (0,08 S/cm) a temperature particolarmente elevate (T = 140 °C, umidità relativa 90 %), e dunque altamente promettente per lo sviluppo su larga scala di PEMFC per applicazioni stazionarie. Le attività sono svolte in collaborazione con i vari partner europei, e in particolare con l'università Aix-Marseille - CNRS, Laboratoire Chimie Provence (UMR 626, Marsiglia, Francia). Dal 2012 al 2013 ha studiato membrane nanocomposite a base SPEEK rinforzate con nanodiamante per migliorarne le proprietà meccaniche e idrolitiche; il rinforzo delle membrane può consentire, infatti, l'utilizzo all'interno della PEMFC di membrane più sottili, dotate pertanto di minore resistenza elettrica, con conseguenti maggiori valori della densità di potenza massima erogabile.

4. INFILTRAZIONE E FUNZIONALIZZAZIONE SUPERFICIALE LOCALIZZATA DI STRATI DI SILICIO MESOPOROSO Strati di silicio mesoporoso (p-Si, con pori di 2-50 nm) sono ottenibili mediante ossidazione anodica controllata di wafer di Si(100) drogato di tipo-p. Il Prof. Polini ha studiato l'effetto dell'esposizione di strati di p-Si all'ambiente di crescita tipico dei film di diamante CVD. Lo studio ha evidenziato che la particolare morfologia superficiale del Si mesoporoso non favorisce la nucleazione da fase vapore di diamante. Per contro, nelle condizioni tipiche di crescita di diamante CVD, è stato per la prima volta osservata e riportata l'infiltrazione dei nanopori (mediante Chemical Vapour Infiltration, CVI) con carbonio sp² nanostrutturato, modificando le proprietà di conduzione elettronica del materiale e aprendo così una nuova strada alla realizzazione di dispositivi a base di silicio poroso. Lo studio di materiali a base di p-Si è stato ampliato mettendo a punto un processo 'in situ' di funzionalizzazione superficiale localizzata del Si poroso, permettendo - durante la fase stessa di realizzazione dello strato poroso - il chemisorbimento di molecole organiche in strati opportunamente scelti di una struttura multilayer.

5. STUDIO DELLA RIDUZIONE CARBOTERMICA DI SCHEELITE E DI MINERALI ARRICCHITI DI TUNGSTENO Il tungsteno è stato inserito dalla Commissione Europea tra i venti materiali a rischio di approvvigionamento. Tra questi, risulta quello con la maggiore importanza economica. Più del 60 % dell'impiego mondiale di tungsteno avviene nella forma di carburo (WC) per la produzione di manufatti in carburo di tungsteno cementato (il c.d. metallo duro). In particolare, il metallo duro trova vasto impiego nella produzione di utensili, stampi, trafile, componenti antisura. Gli attuali processi di produzione del carburo di tungsteno fanno ricorso a un largo uso di procedimenti chimici e di sostanze tossiche per ottenere paratungstato di ammonio (APT) puro. Dall'APT il WC è ottenuto con vari processi energivori: decomposizione dell'APT in ossido a circa 300-800 °C, riduzione dell'ossido in idrogeno a dare metallo (a 600-1000 °C), carburazione del tungsteno metallico con nerofumo a 1300-1700 °C per ottenere WC. Dal 2014 il Prof. Polini collabora con FILMS SpA (gruppo OMCD), al fine di sviluppare un processo di sintesi diretta del carburo di tungsteno dalla scheelite (CaWO4), che rappresenta il minerale di tungsteno più abbondante in natura. Il processo diretto richiede un solo stadio di trattamento termico ad alta temperatura (tipicamente intorno a 1000-1100 °C) e la successiva lisciviazione delle polveri, impiegando soluzioni di acidi diluiti. L'eccellenza e originalità dei risultati hanno comportato la concessione, in data 2/11/2017, di brevetto italiano, a seguito della domanda n. 102015000018041 del 26/05/2015, avente titolo: Procedimento per la produzione diretta di polveri di carburo di tungsteno di varie granulometrie a partire da minerali di scheelite. In data 15/11/2017 è stato concesso e pubblicato il brevetto europeo EP3098199B1, avente titolo: Process for the direct production of tungsten carbide powders of various grain sizes starting from scheelite.

6. DIAMANTE 'NERO' (Black Diamond) PER CONVERSIONE DELL'ENERGIA SOLARE Nell'ambito del progetto europeo PROMETHEUS (Grant Agreement n. 308975), coordinato nel triennio 2013-2016 dal Dr. Daniele M. Trucchi dell'ISM-CNR, il Prof. Polini ha collaborato alla dimostrazione della fattibilità di un catodo a base diamante CVD opportunamente modificato in grado di operare in dispositivi PETE (Photon-enhanced thermionic emission). In un dispositivo PETE, la radiazione solare concentrata viene convogliata su un catodo in grado di assorbire i fotoni, quindi scaldarsi per assorbimento della componente IR dello spettro solare, e generare hot electrons per assorbimento di fotoni di più alta energia. Questi elettroni sono poi emessi per effetto termoionico e convogliati sotto vuoto verso un anodo tenuto a distanza sufficientemente piccola da annullare gli effetti di carica spaziale. La corrente così generata viene poi indirizzata su un carico esterno per generare energia elettrica. La realizzazione di un siffatto dispositivo, utilizzando al catodo un materiale trasparente quale il diamante, comporta una serie di modifiche del diamante stesso. In primis, la possibilità di modificare la superficie di diamante esposta alla radiazione solare in modo da consentirle di assorbire la radiazione stessa. Questo obiettivo è stato realizzato trattando il diamante CVD con laser al femto-secondo inducendo, mediante l'impiego di dosi (kJ/cm²) opportune, strutture periodiche con nanotessiture 1D e 2D tali da garantire assorbanze solari fino al 98 % (black diamond), e conseguente riscaldamento del catodo fino a 800-1000 °C con generazione di hot electrons per l'emissione termoionica. Per migliorare quest'ultima, è necessario ridurre la funzione lavoro della superficie di diamante, da cui si dipartono gli elettroni, mediante drogaggio con azoto e terminazione superficiale con atomi di idrogeno. Lo strato di diamante di tipo-n drogato con azoto viene prodotto con deposizione CVD di diamante epitassiale.

 

COLLABORAZIONI INDUSTRIALI/TRASFERIMENTO TECNOLOGICO

Alcune attività di ricerca sono state intraprese in collaborazione con il mondo industriale. Ciò ha prodotto la stipula, negli ultimi anni, di numerosi contratti di ricerca conto terzi di cui il Prof. Polini è stato Responsabile Scientifico, per un ammontare complessivo di circa 500 k€. In particolare, le attività svolte in collaborazione con le aziende del gruppo OMCD SpA (Anzola d'Ossola, VB) hanno comportato: 1) sviluppo e realizzazione del primo impianto industriale italiano per la deposizione su aree estese di diamante CVD, utilizzando substrati in carburo di tungsteno cementato (WC-Co; brevetto italiano n. 1295418 rilasciato il 12/05/1999 avente titolo: Procedimento per la produzione di un substrato di metallo duro con pellicola aderente di diamante); 2) individuazione di un processo chimico originale per la produzione di polveri composite W-Cu con elevata sinterizzabilità da impiegarsi per la produzione di scambiatori di calore per componenti elettronici e per contatti elettrici di alta potenza (brevetto italiano n. 1302926 rilasciato il 10/10/2000, brevetto internazionale PCT/IT99/00321 e brevetto europeo EP1140397B1); 3) realizzazione, in una visione moderna e sostenibile di economia circolare, di un processo chimico per il recupero della materia prima (carburo di tungsteno) da rottami di manufatti a base WC-Co; tale processo permette l'approvvigionamento di circa un quarto delle polveri impiegate in produzione dal gruppo OMCD SpA; 4) sintesi diretta di polveri micro- e nano-strutturate di carburo di tungsteno a partire dal minerale (brevetto italiano concesso il 2/11/2017 a seguito della domanda n. 102015000018041 del 26/05/2015 avente titolo: Procedimento per la produzione diretta di polveri di carburo di tungsteno di varie granulometrie a partire da minerali di scheelite; brevetto europeo EP3098199B1 pubblicato il 15/11/2017, avente titolo: Process for the direct production of tungsten carbide powders of various grain sizes starting from scheelite).

Le attività di cui al punto 1) sono state svolte nell'ambito di un progetto di 36 mesi di sostegno alla Ricerca Industriale, di cui alla Legge 488/92, finanziato dal MURST come da delibera pubblicata in Gazzetta Ufficiale, Serie Generale, n.273 del 22 novembre 2000.

 

COMITATI EDITORIALI e ORGANIZZAZIONE CONGRESSI INTERNAZIONALI

Dal 2006 è membro dell' Editorial Board dell' International Journal of Surface Science and Engineering (IJSurfSE) di cui è stato anche Guest Editor del fascicolo 3/4 (Vol. 2, 2008) dedicato a 'Micromachining systems and tailored surfaces'. Nel 2007 è stato membro dell'International Organizing Committee della 2nd International Conference on Surfaces, Coatings and Nanostructured Materials (nanoSMat 2007), nonché organizzatore e Chair del "Nanoporous Semiconductors Symposium" all'interno della medesima conferenza tenutasi in Algarve, Portogallo (9-11 luglio 2007). Nel 2009 è stato Co-Chair della 4th International Conference on Surfaces, Coatings and Nanostructured materials (NanoSMat 2009, 19-22 ottobre 2009, Roma, Italia) e organizzatore e Chair della sessione 'Nanotechnology' dello stesso congresso.

E' membro dell'International Advisory Board della NANOSMAT Conference.

RELAZIONI SU INVITO a CONGRESSI INTERNAZIONALI

I risultati originali ottenuti nei vari campi di attività sono stati riconosciuti a livello internazionale con l'invito del Prof. Polini a vari congressi come di seguito specificato:

2018: Invited Speaker, 13th NANOSMAT, 2018, 11-14 Sept., Gdansk, Poland.

2017: Invited Speaker, 12th NANOSMAT, 2017, 11-13 Sept., Paris, France.

2016 : Invited speaker, 11th NANOSMAT, 2016, 6-9 Sept., Aveiro, Portugal.

2015 : Invited Speaker, 10th NANOSMAT, 2015, 13-19 Sept., Manchester, UK.

2014 : Invited Speaker, CIMTEC 2014, 13th International Ceramics Congress, 2014, 8-13 June, Montecatini Terme, Italy.

2013 : Invited Speaker, THERMEC 2013, 2-6 December 2013, Las Vegas, USA.

2012 : Invited Speaker, XXII International Materials Research Congress, 12-17 August 2012, Cancún, Mexico.

2011 : Invited Speaker, 2011 Materials Research Society (MRS) Fall Meeting, November 28 - December 2, 2011, Boston (MA) USA.

2010 : Keynote Speaker, 3rd International Conference on Advanced NanoMaterials (ANM 2010), Agadir, Morocco.

2008 : Invited Speaker, 5th International Conference on Hot-Wire Chemical Vapor Deposition (HWCVD-5), Cambridge, MA (USA).

2008 : Invited Speaker, 2nd International Conference on Advanced NanoMaterials (ANM 2008), Aveiro, Portugal.

2005 : Invited Speaker, International Conference on Surfaces, Coatings and Nanostructured Materials (nanoSMat2005), Aveiro, Portugal.  

ATTIVITA' DI REVISIONE EDITORIALE

Il Prof. Polini svolge attività di referee per numerose riviste scientifiche a diffusione internazionale, tra cui: Carbon; Diamond and Related Materials; Fuel Cells; Journal of the Electrochemical Society; Journal of the European Ceramic Society; Journal of Materials Research; Surface and Coatings Technology; Thin Solid Films; Vacuum.