Studi di stimolo-risposta su materiali tramite misure cristallografiche in situ/operando e analisi multivariata

La progettazione di materiali e il manifatturiero avanzato richiede la conoscenza approfondita della risposta strutturale dei materiali a stimoli esterni quali temperatura, pressione, sforzi meccanici, illuminazione, campi elettromagnetici, esposizione a flussi di gas o a solventi. La dinamica strutturale di composti allo stato cristallino può essere acquisita eseguendo esperimenti di raggi X in situ, durante i quali il campione, mentre è sottoposto ad uno stimolo esterno anche variabile, è soggetto a misure ripetute di diffrazione di raggi X. Il campione può anche essere posto nelle condizioni di lavoro durante l’esperimento, consentendo una sua caratterizzazione strutturale in condizioni operative. Composti nanostrutturati, quasi-cristallini o amorfi possono essere studiati tramite tecniche di diffrazione di raggi X quali la Pair Distribution Function (PDF), sensibili all’ordine locale. L’esecuzione di esperimenti in situ/operando è accoppiata a metodi di calcolo avanzati e veloci per far fronte all’enorme quantità di dati raccolti e per estrarre informazioni preziose nascoste nei dati attraverso un’analisi senza modelli. Sono sviluppati approcci di analisi dei dati basati sull’analisi multivariata che sono indipendenti dal tipo di interazione usata per l’indagine sperimentale e sono in grado di elaborare in modo efficiente misure multiple, considerandole come un’intera matrice di dati. Abbiamo sviluppato un set di procedure di calcolo completamente automatico per big-data basato sull’analisi delle componenti principali, in grado di estrarre informazioni qualitative e quantitative.