L’attività è mirata alla preparazione e alla caratterizzazione di ceramici e compositi di ossidi funzionali e, in particolare, di perovskiti quali BaTiO₃ e SrTiO₃. L’obiettivo principale della ricerca è lo studio delle correlazioni tra composizione, microstruttura e proprietà nei materiali ceramici dielettrici e ferroelettrici.

Le proprietà del BaTiO₃ possono essere adattate alla specifica applicazione tramite drogaggio e formazione di soluzioni solide con altre perovskiti. Negli ultimi anni abbiamo studiato sistematicamente la struttura cristallina e le proprietà di ceramici con composizione (1-x)BaTiO₃-xBaZrO₃ and (1-x)BaTiO₃-xBaCeO₃. Una tendenza comune è rappresentata dalla progressiva evoluzione dell’ordine polare da lungo raggio (tipico dei ferroelettrici classici) a corto raggio (tipico dei rilassori) all’aumentare di x. Le perovskiti ferroelettriche mostrano proprietà (permittività dielettrica, coefficienti piezoelettrici, conducibilità termica, etc.) fortemente dipendenti dalle dimensioni dei grani. Nel caso del titanato di bario, largamente impiegato nella fabbricazione dei condensatori ceramici multistrato, il ridimensionamento delle proprietà con la dimensione dei grani ha importanti implicazioni nella miniaturizzazione di questi dispositivi.

Ceramici e compositi vengono prodotti tramite sinterizzazione di polveri ottenute per sintesi in fase liquida o per reazione allo stato solido. Le particelle utilizzate possono essere opportunamente “progettate” per migliorare il potenziale applicativo del materiale finale. Ad esempio, la sinterizzazione controllata di particelle con struttura core-shell (BaTiO₃@SrTiO₃, SrTiO₃@BaTiO₃) produce ceramici caratterizzati da fluttuazioni locali della composizione e da una costante dielettrica indipendente dalla temperatura. L’uso di tecniche di sinterizzazione rapida, come lo spark plasma sintering, è essenziale per preservare la nanostruttura iniziale e il gradiente locale di composizione nel materiale finale.

Le particelle ferroelettriche possono anche essere disperse in matrici polimeriche per la fabbricazione di compositi con elevata costante dielettrica da utilizzare in condensatori per l’accumulo di energia.