PROGETTO E CARATTERIZZAZIONE MORFOLOGICA SU
NANOSCALA DI FILTRI OTTICI SCHERMANTI
D. A. Lampasi, M. S. Sarto, A. Tamburrano
Dipartimento di Ingegneria Elettrica
Centro di Ricerca per le Nanotecnologie Applicate all’Ingegneria (CNIS)
Università di Roma Sapienza, Via Eudossiana, 18 00184 – Roma
E-mail: [email protected]
Il gruppo di ricerca ha acquisito negli anni una notevole esperienza nello sviluppo di schermi
elettromagnetici trasparenti nel visibile per la soppressione di interferenze elettromagnetiche
(EMI) dalle frequenze industriali alle microonde, anche con proprietà radar-assorbenti [1]-[9].
È attualmente in corso un progetto di ricerca pluriennale finanziato da Alenia Aeronautica per
la modellistica, la progettazione e la caratterizzazione sperimentale di film sottili
multifunzionali nanostrutturati con capacità di schermatura alle radiofrequenze ed allo stesso
tempo di trasparenza selettiva nel campo del visibile e dell’infrarosso.
La prima fase della ricerca ha riguardato soprattutto l’infrarosso medio (3-5 μm) e ha portato
alla realizzazione di rivestimenti multistrato le cui proprietà di filtraggio ottico sono state
potenziate tramite opportuni pattern di fori su scala micrometrica [10]. La ricerca si è
successivamente spostata verso il visibile e l’infrarosso vicino. Film schermanti (oltre 20 dB)
con una elevata trasparenza media (oltre il 70%) nell’intervallo 400-1500 nm sono stati
realizzati dal Centro Sviluppo Materiali di Castel Romano attraverso la deposizione di ossidi
di indio drogato con stagno (ITO) o con molibdeno (IMO). Lo studio effettuato ha messo in
evidenza come esistano delle correlazioni tra caratteristiche morfologiche superficiali
(dimensioni e distribuzione dei grani) e proprietà funzionali elettriche, elettromagnetiche ed
ottiche di tali materiali.
Lo sviluppo di un software specifico di riconoscimento ed elaborazione statistica automatica
delle immagini SEM ha consentito di calcolare diversi parametri statistici della distribuzione
delle aree superficiali dei grani rispetto alla sheet resistance, alla conducibilità γ, alla
efficienza di schermatura (SE) tra 8 e 18 GHz ed alla trasmittanza T media nell’intervallo di
lunghezze d’onda di interesse. Come era stato ipotizzato da considerazioni teoriche, i
parametri statistici più significativi sono quelli della distribuzione lognormale μlog e σlog,
indicati in Figura 1. Mentre le proprietà funzionali sono abbastanza indipendenti da σlog
(coefficiente angolare trascurabile o comunque un ordine di grandezza inferiore a quello di
μlog), il parametro μlog è direttamente proporzionale sia a SE che a Tmedia (nel secondo caso con
coefficiente negativo). Quindi questo solo parametro morfologico su nanoscala può essere
associato alle prestazioni dei film. Anche se il coefficiente angolare di σlog è trascurabile, la
sua stima è comunque utile per verificare se la distribuzione è effettivamente lognormale
attraverso il metodo della massima verosimiglianza. In questo modo è possibile individuare e
scartare eventuali campioni anomali. Per esempio, per mezzo della sola analisi statistica sono
stati evidenziati campioni che sembravano perfettamente conformi agli altri per quanto
riguarda la SE, ma poi hanno presentato una trasmittanza insolitamente bassa.
La progettazione ottimale degli schermi multifunzionali richiede la definizione delle
condizioni di processo idonee ad ottenere rivestimenti che abbiano caratteristiche di massima
efficienza di schermatura e al contempo di massima trasmittanza ottica attraverso opportune
funzioni obiettivo. Queste funzioni obiettivo possono essere ricavate, anche in forma
analitica, dall'analisi statistica e funzionale di tutti i campioni disponibili.
150
log
log
Linear fit log
Linear fit log
100
50
0
0
20
40
60
(kS)
80
100
120
Grain area statistical parameters
Grain area statistical parameters
150
log
log
Linear fit log
100
Linear fit log
50
0
70
72
74
76
78
Mean transmittance in 400-1500 nm
80
(a)
(b)
Figura. 1 Parametri statistici della distribuzione lognormale relativi alla distribuzione dei
grani stimati dalle immagini SEM in funzione della conducibilità (a) ricavata dalla sheet
resistance e della trasmittanza ottica media nell’intervallo di interesse (b).
Bibliografia
[1] M. D’Amore, F. Sarto, M.S. Sarto, A. Tamburrano, “Feasibility of new nanolayered
transparent thin films for active shielding of low frequency magnetic field”, 2005 IEEE
Int. Symp. on EMC, Chicago, IL, Aug. 2005.
[2] M. S. Sarto, R. Li Voti, F. Sarto, M. C. Larciprete, “Nanolayered lightweight flexible
shields with multidirectional optical transparency”, IEEE Trans. on EMC, Aug. 2005.
[3] F. Sarto, M.S. Sarto, A. Tamburano, “Schermo attivo di campi magnetici a bassa
frequenza trasparente nel visibile e procedimento per la sua realizzazione, Brevetto no.
RM2006A000021.
[4] M.S. Sarto, F. Sarto, C. Caneva, I.M. De Rosa, F. Sarasini, A. Tamburano, Schermo di
campi elettromagnetici a radio frequenza, radar assorbente, trasparente nel visibile”,
Brevetto no. RM2006A000668.
[5] M.S. Sarto, C.Caneva, I. M.De Rosa, F. Sarasini, F.Sarto, A. Tamburrano, “Design and
realization of transparent absorbing shields for RF EM fields”, 2006 IEEE Int. Symp. on
Antennas and Propagation, Albuquerque, July 2006.
[6] M. D’Amore, S. Greco, D. A. Lampasi, M. S. Sarto, A. Tamburrano, “A New Structure
of Transparent Films for Heat Control and Electromagnetic Shielding of Windows”,
EMC Europe Workshop, 11-12 June 2009, Athens, Greece.
[7] M. D’Amore, S. Greco, D. A. Lampasi, M. S. Sarto, A. Tamburrano, “Multifunctional
nanostructured transparent coatings for hardening of aircraft windows against HIRF
penetration”, ESA Workshop on Aerospace EMC, Florence, 31 March - 1 April 2009.
[8] M. D’Amore, S. Greco, D. A. Lampasi, M. S. Sarto, A. Tamburrano, “Multifunctional
nanostructured transparent coatings for hardening of aircraft windows against HIRF
penetration”, ESA Workshop on Aerospace EMC, Florence, 31 March - 1 April 2009.
[9] M. D’Amore, S. Greco, D. A. Lampasi, M. S. Sarto, A. Tamburrano, “A New Structure
of Transparent Films for Heat Control and Electromagnetic Shielding of Windows”,
EMC Europe Workshop, 11-12 June 2009, Athens, Greece.
[10] D. A. Lampasi, F. Mortoni, F. Sarto, M. S. Sarto, A. Tamburrano, “Design and
Characterization of Optical Filters for EM Shielding”, EMC Europe Workshop, 11-12
June 2009, Athens, Greece.
