La ricerca condotta presso il Dipartimento di Scienza dei Materiali è articolata su un’ampia piattaforma di applicazioni tecnologiche, aventi la comune caratteristica di essere fortemente interdisciplinari. Questo dato riflette la principale caratteristica culturale della Scienza dei Materiali stessa in tutte le sue declinazioni.  Nel corso della sua storia il Dipartimento ha favorito il raggruppamento dei suoi ricercatori in macro-aree che fanno riferimento sia a specifiche tipologie di materiali sia a specifiche caratteristiche funzionali dei dispositivi. Nel corso del 2021 la ricerca del Dipartimento è organizzata attraverso le seguenti 5 macro-aree:

• 1. Materiali per ambiente ed energia. Tematiche di ricerca specifiche: Materiali e dispositivi organici e ibridi per combustibili solari e fotosintesi artificiale (Alessandro Abbotto, Norberto Manfredi); Materiali per il fotovoltaico e la termoelettricità (Maurizio Acciarri, Simona Binetti, Dario Narducci); SEFI Lab: Ingegneria delle superfici e interfacce liquide (Carlo Antonini); Materiali Porosi: Progettazione, Sintesi, Caratterizzazione Strutturale e Modulazione della Dinamica Molecolare (Angiolina Comotti); Chimica dei materiali inorganici e ibridi (Massimiliano D'Arienzo, Barbara Di Credico, Roberto Scotti); Teoria dei materiali 2D e 0D: strati bidimensionali e nanoparticelle (Cristiana Di Valentin); Crescita e caratterizzazione di cristalli: studio del polimorfismo (Massimo Moret); Materiali per la conversione elettrochimica di energia: sintesi, caratterizzazione ex-situ e operando (Chiara Ferrara, Piercarlo Mustarelli); Teoria di materiali inorganici per l'energia e l'ambiente (Giovanni Di Liberto, Livia Giordano, Gianfranco Pacchioni, Sergio Tosoni); Materiali per stoccaggio e risparmio di energia (Riccardo Ruffo); Elettrocatalisi e Bioelettrocatalisi - EBlab (Carlo Santoro).
• 2. Materiali per microelettronica e fotonica. Tematiche di ricerca specifiche: Simulazioni da principi primi di  materiali per la microelettronica (Giorgio Benedek, Marco Bernasconi, Davide Campi); Spettroscopia ottica dei semiconduttori (Emiliano Bonera, Fabio Pezzoli); Fotofisica avanzata di nanomateriali funzionali (Sergio Brovelli, Francesco Meinardi, Angelo Monguzzi); Materiali e spettroscopie per la nanoelettronica e spintronica (Marco Fanciulli, Fabrizio Moro); Materiali luminescenti per tecnologie ottiche e per la rivelazione di radiazioni ionizzanti (Mauro Fasoli, Roberto Lorenzi, Alberto Paleari, Anna Vedda); Modelli e simulazioni per la crescita eteroepitassiale di semiconduttori (Roberto Bergamaschini, Leo Miglio, Francesco Montalenti, Emilio Scalise); Fabbricazione e studio di nanostrutture quantistiche a semiconduttore (Stefano Cecchi, Stefano Sanguinetti); Film molecolari organici ed eterostrutture (Alesandro Minotto, Adele Sassella); Laboratorio di Microscopia Ultraveloce per lo studio di fenomeni dinamici alla nanoscala  -  LUMINaD (Giovanni Maria Vanacore).
• 3. Materiali nei beni culturali. Datazione e caratterizzazione di materiali antichi. La Scienza dei Materiali per i Beni Culturali (Anna Galli, Marco Martini).
• 4. Ottica ed Optometria. Ottica ed optometria (Alessandro Borghesi, Silvia Tavazzi, Fabrizio Zeri).
• 5. Materiali Organici e polimerici. Tematiche di ricerca specifiche: Coloranti e pigmenti funzionali per fotonica, elettronica e optoelettronica (Luca Beverina, Mauro Sassi); Nanospazi per polimerizzazione allo stato confinato e cattura di gas (Silvia Bracco, Piero Sozzani);  Materiali organici funzionalizzati per applicazione in optoelettronica e sistemi organici fotochimicamente e termicamente attivabili con potenzialità come agenti reticolanti (Antonio Papagni); Sintesi e caratterizzazione di materiali nanostrutturati a base polimerica (Roberto Simonutti, Michele Mauri).

Tratto significativo della ricerca condotta in Dipartimento è la forte collaborazione e, in alcuni casi, l’ampia sovrapposizione tra queste aree. Materiali organici e polimerici sono ad esempio investigati nel contesto di applicazioni in fotonica e in energetica. Lo stesso dicasi per materiali inorganici investigati nell’ambito della macro-area 2 ma di fatto trasversali a tutte le altre. La macro-area 3 comporta poi trasversalità assoluta verso tutte le altre aree, occupandosi di beni culturali in generale indipendentemente dalla natura dei materiali storicamente impiegati. Il Dipartimento ospita forti attività nel campo modellistico-teorico. Questo tipo di ricerca non è stato individuato come macro-area indipendente per sottolinearne l’assoluta trasversalità nei confronti di tutte le classi di materiali e ambiti di applicazione sviluppate in Dipartimento. Ulteriore tratto distintivo delle attuali ricerche è una forte integrazione sul territorio, testimoniata da un numero elevato di contratti e prestazioni conto terzi con partner industriali di varia dimensione, dalle SME a grandi realtà come ST/Micron, Pirelli, ed ENI. Inoltre le ricerche del Dipartimento sono caratterizzate da un elevato tasso di trasferimento tecnologico a livello industriale, come comprovato non solo dai numerosi contratti industriali ma anche dall’elevato numero di brevetti, tra i più alti in assoluto in ateneo. Si elencano di seguito le principali tematiche di ricerca che vedranno impegnato il Dipartimento nel prossimo triennio; esse sono plausibili, considerate le competenze degli afferenti, oltre che coerenti con le politiche e le linee strategiche di Ateneo. Tra queste si vuole in particolare sottolineare l'attività nell'ambito del progetto MIUR “Dipartimenti di Eccellenza” della durata di 5 anni (2018-2022, finanziamento totale di € 10,693,820, di cui € 6,650,000 dal MIUR) in base alla elevata qualità della ricerca e per la rilevanza del progetto nella produzione di materiali per l’energia.

Materiali per l’energia sostenibile. Il Dipartimento, già sede del centro di ricerca per l’energia solare MIB-SOLAR, nei prossimi anni punta a focalizzare ampie risorse su questa tematica, intese sia in termini di finanziamento sia in termini di reclutamento. Si rileva che il progetto del MIUR "Dipartimenti di Eccellenza" è focalizzato proprio sullo sviluppo di materiali e tecnologie per l’energia e la mobilità sostenibile.

Tutela dell’ambiente. Il Dipartimento sarà attivo nei settori strategici del monitoraggio e contenimento dell’inquinamento atmosferico. I ricercatori possiedono consolidate competenze nel campo della sensoristica e della fotocatalisi orientata al disinquinamento delle acque reflue e dei contaminanti ambientali in fase gassosa. Il Dipartimento continuerà altresì a promuovere lo sviluppo di efficienti generatori termoelettrici.

Micro e nanoelettronica. Il coinvolgimento nella cosiddetta area ICT (Information and Communication Technology) rappresenta uno degli asset storici del Dipartimento. La capacità di mettere a sistema le proprie risorse in termini di capacità di crescita controllata di eterostrutture a risoluzione nanometrica, di sensori in fibra, di caratterizzazione ottica e optoelettronica avanzata, capacità modellistiche a livello dello stato dell’arte nonché la consolidata collaborazione con realtà industriali leader del settore, permetteranno di ribadire il ruolo di leadership della struttura di questa area di ricerca di interesse strategico per la Comunità Europea.

Nanotecnologie. Le nanotecnologie sono la declinazione più rappresentativa della moderna ricerca in Scienza dei Materiali. Il Dipartimento possiede consolidate linee di ricerca in questo ambito fortemente interdisciplinare che comprendono la modellizzazione di superfici di ossidi nanometrici, la produzione e caratterizzazione di ossidi nanostrutturati per fotocatalisi, sensoristica e imaging medicale, per applicazioni in terapie innovative, la produzione, caratterizzazione e implementazione in dispositivo di nanocristalli colloidali e la produzione di materiali ad elevata area superficiale per catalisi e stoccaggio e purificazione di gas. Ciascuna di queste applicazioni richiede competenze fortemente interdisciplinari a cavallo fra la fisica, la chimica, l'ingegneria,  le biotecnologie e la medicina, e risorse strumentali a livello dello stato dell’arte. Il Dipartimento promuoverà un’attiva politica di sostegno strumentale a queste iniziative, anche ricorrendo alla formulazione di richieste di acquisto di grandi strumentazioni di interesse trasversale.

Beni culturali. L’importanza della tutela del patrimonio artistico è di assoluto rilievo per una nazione come l’Italia. Il Dipartimento è sede del Centro Interdipartimentale di Datazione (BIPAC) e di diverse linee di ricerca che fanno riferimento alla datazione e alla conservazione del nostro insostituibile patrimonio culturale. La sfida che il futuro propone a questo tipo di attività è una sempre maggiore interdisciplinarietà, particolarmente favorita dalla contiguità dei ricercatori afferenti con le altre linee progettuali del Dipartimento.

Ottica e optometria. Il Dipartimento è sede del Centro COMiB che si occupa di fisica applicata all’optometria e alla scienza della visione, di materiali e sistemi ottici per oftalmica, optometria, oftalmologia (con più punti di contatto con altre linee di ricerca e competenze del Dipartimento), oltre che di aspetti multidisciplinari che coinvolgono la biologia, la medicina, la percezione visiva. Si prevedono sviluppi nel prossimo triennio sia nella formazione e nella ricerca applicata sia per negli aspetti clinici e di salute pubblica, che richiedono un approccio multidisciplinare nei contenuti e nella metodologia. La multidisciplinarità, caratteristica in cui il Dipartimento ha dimostrato di eccellere, sarà un elemento determinante per affrontare gli sviluppi del settore e per mantenere il ruolo riconosciuto all’ateneo in questo ambito.
 

Trasversalmente ad ogni tematica di ricerca, a livello generale il Dipartimento si impegna a:

• mantenere ed implementare le convenzioni con altri dipartimenti, aziende e consorzi;
• consolidare ed ampliare l’utilizzo condiviso di grandi attrezzature;
• incrementare il numero di pubblicazioni in fascia di eccellenza;
• incrementare il numero di brevetti internazionali e il loro trasferimento tecnologico;
• consolidare ed intensificare le ricadute e l'integrazione territoriale delle ricerche svolte in Dipartimento;
• ampliare le iniziative per la comunicazione e diffusione dei risultati scientifici;
• intensificare le attività di interscambio nazionali e internazionali a livello di studenti, dottorandi, assegnisti, ricercatori e docenti;
• aumentare la propria attrattività nei confronti di candidati giovani di provate capacità, anche stranieri;
• incrementare la partecipazione a programmi di ricerca in ambito nazionale ed internazionale.

 Il Dipartimento opera una distribuzione interna equa e condivisa di risorse umane tenendo conto delle esigenze di sviluppo delle diverse aree strategiche, compatibilmente con le posizioni messe a disposizione dall’Ateneo nell’ambito di piani ordinari e straordinari. La distribuzione delle risorse di personale docente e tecnico avviene dopo approfondita discussione e approvazione, secondo le fasce di personale a norma di regolamento, di una programmazione triennale, che viene quindi sottoposta all’approvazione del Consiglio di Amministrazione dell’Ateneo. La distribuzione delle risorse economiche ed umane è inoltre coerente con l’attuazione della programmazione prevista dal progetto dei “Dipartimenti di Eccellenza” del MIUR.

Nel 2021 il Dipartimento annovera come afferenti 38 professori e ricercatori di ruolo, 2 docenti emeriti, 17 ricercatori a tempo determinato,  39 assegnisti di ricerca, oltre che 11 unità di personale tecnico. Inoltre il Dipartimento ospita le attività di 49 dottorandi. 

La mole di attività di ricerca è notevole, come testimoniato dal rilevante ammontare di finanziamenti derivanti da progetti di ricerca. Come descritto nel quadro A1, gli afferenti sono organizzati in macro-aree i cui partecipanti condividono tematiche di ricerca e risorse strumentali. L’anno 2021 ha inoltre visto il proseguimento del progetto relativo al bando MIUR "Dipartimenti di Eccellenza".

Gli afferenti si riuniscono con cadenza mensile nel Consiglio di Dipartimento. Il Direttore è affiancato da un vice-direttore e da una Giunta di Dipartimento composta, oltre che dal direttore e dal vicedirettore, dai Presidenti dei CCD afferenti al Dipartimenti, dal rappresentante dei professori ordinari, dal rappresentante dei professori associati, dal rappresentante dei ricercatori e dal rappresentante del personale tecnico amministrativo. Sono inoltre costituite diverse commissioni, in particolare: paritetica docenti-studenti; commissione didattica; comunicazione; spazi dipartimentali; imprese ed enti esterni; sicurezza e salute; gruppo per l'assicurazione della qualità della ricerca; gruppo per l'assicurazione della qualità della terza  missione. Inoltre diversi afferenti ricoprono cariche istituzionali di ateneo e cariche di rappresentanza presse enti di ricerca italiani e stranieri.

Il personale tecnico del Dipartimento provvede secondo le proprie competenze ai seguenti servizi: servizi tecnici generali per il funzionamento dei laboratori didattici e di ricerca afferenti (approvvigionamento di gas tecnici, liquidi criogenici e reagenti, realizzazione di componentistica meccanica, ecc.); servizi per la sicurezza; servizi di assistenza tecnica a supporto dei laboratori didattici; servizi dedicati ai laboratori di ricerca per cui sono richieste competenze specifiche (gestione di grandi attrezzature, servizio di analisi, servizio per la gestione e messa a punto di sistemi di calcolo parallelo); servizi informatici (gestione webserver); servizi di supporto alla terza missione (sportello per le imprese e servizi di comunicazione). Queste attività sono affidate al personale afferente sulla base delle singole competenze e dell’inquadramento contrattuale.

Attualmente l’edificio U5 ospita tutti gli uffici e i laboratori di ricerca del Dipartimento; nell’ambito del progetto Dipartimenti di Eccellenza del MIUR è prevista un’espansione dei laboratori negli edifici U9 e U19. L’edificio U5 ospita anche la maggior parte dei laboratori didattici dei corsi di Scienza dei Materiali, Chimica ed Ottica e Optometria. Le aree didattiche si estendono nell’adiacente edificio U9, che ospita diversi laboratori del corso di laurea in Ottica ed Optometria e il laboratorio di Fisica 2 del CdL in Scienza dei Materiali. Nell’edificio U5 il Dipartimento dispone di 1 aula dalla capienza di 60 persone per seminari, lezioni e riunioni attrezzata con sistemi audio-video multimediali e integrata con i sistemi multimediali di ateneo, con accesso facilmente fruibile agli afferenti e con sistema di prenotazione da remoto. Il Dipartimento dispone anche di una sala riunioni, dalla capienza di 16 persone, anch’essa attrezzata con sistemi multimediali anche per videoconferenze; a questa si aggiunge una piccola sala per riunioni fino a circa 10 persone. Infine è presente 1 aula studio per gli studenti dei corsi di laurea triennali e magistrali del Dipartimento. L'organizzazione della Sicurezza e Salute, a carico della citata commissione dedicata, è descritta in dettaglio nella pagina dedicata del sito web dipartimentale e prevede, oltre al Direttore, i RADL (responsabili di laboratorio), gli addetti locali alla sicurezza, gli addetti alla gestione dell'emergenza e del primo soccorso, secondo quanto normato dal Regolamento e dalla normativa vigente. 

Il Dipartimento possiede i seguenti gruppi per l'assicurazione di qualità (AQ): Didattica (un gruppo AQ per ciascuno dei 4 corsi di studio del Dipartimento), Ricerca, Terza Missione. Ogni gruppo è coordinato dal corrispondente coordinatore AQ. La composizione, i compiti, le finalità e le attività sono riportate nella pagina apposita "Qualità" del sito web dipartimentale. Il programma complessivo AQ del Dipartimento prevede diversi obiettivi specifici descritti estesamente nel Quadro A.1. Questi mirano a valorizzare ed estendere le competenze degli afferenti in campi di assoluto valore scientifico e tecnologico sia in ambito nazionale che in ambito internazionale, coerentemente con il programma strategico di Ateneo e tenendo conto dei risultati della VQR nonché della scheda SUA-RD. Gli obiettivi e le modalità della loro realizzazione sono oggetto di aperta discussione da parte degli afferenti, consci dell’importanza della condivisione delle decisioni nello sviluppo di una comunità scientifica vivace ed entusiasta come il Dipartimento vuole essere. Inoltre viene tenuta in conto la valorizzazione dei risultati della ricerca ottenuti anche a livello individuale. La distribuzione del Fondo di Ateneo per l’anno 2020 (effettuata nel 2021) ha valorizzato sia la qualità che la quantità della ricerca dei singoli, come previsto dal programma strategico di Ateneo. In particolare la Commissione di Dipartimento, coincidente con la Commissione AQ Ricerca, ha stabilito i seguenti criteri: 1) Ogni partecipante ai progetti verrà valutato individualmente sulla base delle sue tre migliori pubblicazioni del triennio 2017-2018-2019, appartenenti alle tipologie riconosciute come scientifiche dalla VQR 2011-2014, classificate nella banca dati ISI-Web of Science e presenti nella banca dati IRIS di Ateneo. Ad ogni pubblicazione verrà assegnato un punteggio in relazione al posizionamento della rivista nei quartili (Q1-Q4) della categoria di appartenenza come assegnato dalla banca data ISI-Web of Science  e segnatamente punti 1.0 per Q1, 0.8 per Q2, 0.6 per Q3 e 0.4 per Q4. In presenza di più categorie di appartenenza della rivista verrà scelto il posizionamento più favorevole. 2) La ripartizione della quota dipartimentale prevedrà criteri di premialità progressiva per domande presentate da aggregazioni ampie di afferenti al dipartimento, anche per favorire una più efficace gestione dei fondi assegnati, fino ad una variazione del 10% rispetto a quanto assegnato sulla base del criterio 1).

Infine, il Dipartimento promuove la produzione di articoli scientifici su riviste di grandissimo impatto da parte dei propri afferenti pubblicizzandoli sul proprio sito (sezione News) e descrivendoli nell'apposita sezione "Highlights" all'interno dell'Annual Report che ogni anno, da oltre 20 anni, viene prodotto sia in versione digitale sia cartacea. Nell'Annual Report 2021 ben 6 pubblicazioni (del 2020) hanno meritato l'Highlight essendo state pubblicate sulle riviste Nature Nanotechnology (IF=32), su Nature Chemistry (IF=22),  Joule (IF=29), ACS Energy Letters (IF=19), e Advanced Materials (IF=27).

Il monitoraggio dei risultati della ricerca effettuato tramite SUA-RD costituisce un valido strumento per l’analisi delle performance del Dipartimento, effettuata anche in modo collegiale in sede di Consiglio di Dipartimento. Diversi dati sono considerati particolarmente sensibili, fra cui: Finanziamenti ottenuti, suddivisi fra progetti internazionali, progetti nazionali e contratti in conto terzi; Pubblicazioni prodotte, suddivise in fasce per fattore d’impatto; Partecipazione degli afferenti a conferenze internazionali con relazioni ad invito; Iniziative realizzate nel campo della terza missione; Il numero di ospiti stranieri. I dati sopracitati sono anche inclusi nell’annuale Relazione di Dipartimento, distribuita in via cartacea ed elettronica a tutti i componenti del Dipartimento, al Rettore, al Prorettore Vicario e ai Pro-Rettori, ai Direttori di Dipartimento, ai visitatori e ospiti. La Relazione è anche disponibile in formato elettronico aggiornato in tempo reale, in versione sfogliabile da dispositivi mobili, nel sito web del Dipartimento.

Nel 2021 sono proseguite e si sono concretizzate diverse attività di ricerca relative al  progetto nazionale MIUR “Dipartimenti di Eccellenza”. In particolare è stata acquisito, installato e reso pienamente operativo un sistema per ALD (Atomic Layer Deposition), strumentazione allo stato dell'arte per la deposizione di film sottili e in particolare di ossidi.  Al contempo è continuata l'intensa attività di alta qualificazione portata avanti già nell'anno precedente, e comprendente attività seminariali e corsi, anche a livello di dottorato, tenuti da esperti italiani ed stranieri.

Si segnala altresì la prosecuzione del percorso di doppia laurea Magistrale in Sustainable Materials con Università straniere e l’assegnazione di 22 borse di studio di 13.500 euro ciascuna, incrementando il dato già positivo dell'anno precedente. Inoltre nel 2021, per migliorare le performance del Dipartimento, sono state svolte diverse attività nei seguenti campi: diffusione della conoscenza, con l’impulso dato alle attività per le scuole superiori anche grazie al progetto nazionale PLS del MIUR e ai progetti internazionali RM@School, RAISE e 3DBRIEFCASE relativi al consorzio EIT Raw Materials; l’industrializzazione delle ricerche, con la produzione di diversi nuovi brevetti e l’estensione internazionale di alcuni brevetti italiani; lo sviluppo delle attività in conto terzi; l’incremento del numero degli ospiti stranieri, anche in collaborazione con il Corso di Dottorato in Scienza e Nanotecnologia dei Materiali.

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