CURRICULUM STUDIORUM
• Maturità scientifica conseguita il 13 luglio 1993 presso il Liceo Scientifico A. Roiti di Ferrara con la votazione di 60/60.
• Laurea in fisica conseguita in corso il 18 luglio 1997 presso la Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali, Dipartimento di Fisica dell’Università di Ferrara con la votazione di 110/110 e lode.
• Dottorato di Ricerca in Fisica sperimentale il 19/01/01 presso la Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche e naturali, Dipartimento di Fisica dell’Università di Ferrara.
ABILITAZIONE SCIENTIFICA NAZIONALE I FASCIA
Area disciplinare 02/B1 (FIS 01/FIS03)
122 publications (Hirsch index 30) and 2300 citations (SCOPUS).
FORMAZIONE
• Nel 1997 ho eseguito un’analisi storico-climatica sul Global Warming, presso il CNR di Bologna. La mia tesi di laurea è intitolata “Analisi climatica della serie storica delle temperature di Bologna” e in essa è stata rivista la definizione di “riscaldamento globale” sottolineando le caratteristiche locali del sistema clima. Un modello climatico di equilibrio instabile è stato approfondito e sono state raccolte evidenze sperimentali per motivare l’esistenza di altre cause del riscaldamento globale oltre al contributo antropico;
• dal 1997 al 2001, durante il periodo di Dottorato presso il Laboratorio Sensori e Semiconduttori dell’Università di Ferrara mi sono occupato di monitoraggio ambientale ed industriale di gas inquinanti. Ho acquisito esperienza nella tecnologia del film spesso e nella caratterizzazione elettrica, morfologica e strutturale di ossidi semiconduttori policristallini tramite microscopia elettronica a trasmissione, analisi termica e spettroscopia di impedenza e nella compilazione di progetti di ricerca. Titolo della tesi di Dottorato: “Sensori per tetraidrofurano e metanolo: dal modello alla caratterizzazione”. L’obiettivo principale del lavoro di tesi è stato quello di mostrare le potenzialità dei sensori chemo-resistivi per monitoraggio di gas anche in ambiente industriale;
• tra il 1999 e il 2000 ho fatto parte di un progetto “Giovani ricercatori” bandito dall’Università di Ferrara sul tema “Channeling in very short bent silicon” sviluppato in collaborazione con il Russian Institute for High Energy Physics di Protvino. All’interno di esso mi sono occupato principalmente dello studio della geometria del taglio per ottimizzare il channeling in silicio;
• nel 2001 ho svolto una collaborazione coordinata e continuativa di ricerca Post Doc, con associatura INFM (Istituto Nazionale di Fisica della Materia). Ambito della ricerca l’approfondimento di proprietà elettroniche delle nanostrutture di ossidi semiconduttori e la loro realizzazione su supporti microlavorati. In questo periodo ho lavorato su sistemi fotovoltaici a concentrazione occupandomi principalmente dei fenomeni di trasporto su silicio e studiando geometrie frattali per l’ottimizzazione del ricoprimento dei contatti in celle per concentrazione;
• dal 2001 al 2006 sono stato titolare di Assegno di Ricerca presso il Dipartimento di Fisica dell’Università di Ferrara. Durante questo periodo ho effettuato esperienze di lavoro all’estero presso laboratori noti a livello internazionale, tra le quali:
1) da Novembre 2002 a Febbraio 2003 ho svolto una fellowship trimestrale presso il Sensor and Interface Laboratory dell’Università del Galles-Swansea sotto la supervisione del Prof. S.P. Wilks. Ho appreso tecniche di Scanning Tunelling Microscopy e Scanning Tunelling Spectroscopy ad alta risoluzione nell’ambito della caratterizzazione di superfici di semiconduttori nanostrutturati. Ho tenuto seminari sulle caratterizzazioni elettriche di semiconduttori e sui modelli di barriera di superficie;
2) da Novembre a Dicembre 2004 ho lavorato presso l’Institut für Physikalische und Theoretische Chemie all’Università di Tuebingen in Germania, al fine di effettuare misure di spettroscopia di impedenza su film spessi di WO3 e approfondire il principio di funzionamento dei sensori chemoresistivi, discutendo gli aspetti cruciali e le evidenze sperimentali di un modello di trasporto elettronico in nanostrutture e tenendo due seminari;
3) nel mese di Ottobre 2007 ho svolto un soggiorno presso la “Universitad Nacional de Mar del Plata-Facultad de Ingegneria-Departamento de Fisica” collaborando con il Prof. Celso M. Aldao nell’analisi delle relazioni tra le proprietà elettriche, la composizione e la microstruttura dei sensori di SnO2. Il modello di trasporto sviluppato per le nanostrutture considerate tiene anche conto delle correzioni dovute al tunelling attraverso la barriera Schottky;
• dal novembre 2007 Ricercatore Universitario nel settore FIS 01;
• nel 2010 sono stato associato al Centro Emostasi e Trombosi di UNIFE;
• dal novembre 2010 al 2016 Ricercatore confermato;
• nel 2011/12 sono stato associato all’Istituto di Acustica e Sensoristica “Orso Maria Corbino” CNR-IDASC;
• dal 2014 al 2017 sono stato associato all’Istituto CNR-INO;
• da Aprile 2016 Professore Associato nel SSD FIS01 Area 02/B1.
ATTIVITÀ DI RICERCA
In due decenni di attività di ricerca sulle nanostrutture di semiconduttori ho sviluppato modelli di trasporto elettronico e loro applicazioni sensoristiche e fotovoltaiche. Dal termine del dottorato, Gennaio 2001, ho assistito il Professor Giuliano Martinelli nel coordinamento dell’attività di ricerca del Laboratorio Sensori e Semiconduttori e dal 2010 sono responsabile del Gruppo Sensori presso il medesimo laboratorio. Il gruppo che coordino è attualmente composto da un’assegnista post doc, tre dottorandi ed un tecnico laureato.
Questo settore di ricerca rappresenta, per il suo peculiare carattere di interdisciplinarietà, un terreno di grandi opportunità per lo sviluppo della fisica e della chimica di base. Il mio sforzo si è incentrato nel tentativo di unificare gli approcci chimico e fisico ai concetti fondamentali dello stato solido riguardanti i semiconduttori, come per esempio, l’energia libera, il potenziale elettrochimico, i difetti stechiometrici e la funzione lavoro.
Alcune ambiguità esistenti in letteratura, come la distinzione tra lunghezza di Debye e la larghezza della zona di svuotamento nel caso di semiconduttori di tipo n non degeneri, l’equivalenza tra il livello di Fermi e il potenziale elettrochimico degli elettroni, come energia libera parziale molare più il contributo elettrostatico, sono state risolte. Ho quindi sviluppato un modello di trasporto elettronico in nanostrutture policristalline, risolvendo per primo, sia numericamente che analiticamente (per i casi possibili), l’equazione di Poisson in coordinate sferiche, con le opportune condizioni al contorno per i nano-grani.
L’approccio tridimensionale all’equazione di Poisson, rispetto a quello classico di giunzione semi-infinita (unidimensionale in quanto in presenza di un solo asse normale alla giunzione) ha mostrato l’esistenza di un fattore tre nell’effetto di svuotamento del materiale da parte degli stati superficiali ed ha introdotto, rispetto al limite classico della barriera Schottky planare, gli effetti di curvatura come correzione al primo ordine nel rapporto tra larghezza di svuotamento e raggio del grano. È stato quindi possibile determinare per i diversi semiconduttori policristallini il parametro di confronto col raggio medio del grano per il quale essi possono effettivamente esser considerati nanostrutturati. Più in generale, le nanostrutture di diversa geometria (nanoparticelle, nanotubi e nanofili) sono state caratterizzate e si è introdotto il criterio del confronto delle dimensioni caratteristiche con la larghezza della zona di svuotamento. Ho inoltre sviluppato molti argomenti riguardanti proprietà elettriche ed elettroniche, ottiche e microstrutturali, dei materiali realizzati, utilizzando tecniche di indagine quali Microscopia Elettronica in Trasmissione e Scansione (SEM e TEM), Microscopia e Spettroscopia Scanning Tunneling (STS), Diffrazione di Raggi X, Fourier Transform Infra Red, fotoluminescenza e funzione lavoro. Ho impiegato la Spettroscopia di Impedenza per acquisire informazioni sulla risposta capacitiva dei materiali in oggetto. Con la tecnica STS ho ottenuto evidenza sperimentale del fatto che la densità energetica degli stati superficiali diminuisce drasticamente al di sotto del raggio critico nelle nanostrutture di ossidi semiconduttori. Si è mostrato poi, grazie ad un progetto di scambio di ricercatori con l’Università di Mar del Plata (Argentina), che il contributo dell’effetto tunnel alla conduttanza degli ossidi nanostrutturati è comparabile con il contributo termoionico, che era l’unico trattato dai modelli esistenti in letteratura. Ho infine stimato la forma della barriera intergranulare in presenza di un profilo non uniforme di difetti, causato dalla diffusione di ossigeno nel bulk del materiale e simulato i valori di conduttanza sperimentalmente osservati nei campioni realizzati.
Ho analizzato un materiale che ben si presta alla modifica della dimensione dei grani (TiO2), per individuare se l’aumento di risposta fosse imputabile principalmente ad effetti geometrici piuttosto che a transizioni di fase. Le evidenze sperimentali trovate hanno provato che la fase cristallina ha un ruolo secondario rispetto alla dimensione dei grani per quel che riguarda le risposte elettriche.
Ho studiato gli effetti di fotocatalisi e foto attivazione di materiali innovativi nanostrutturati (come ad esempio WO3 e CdS) in progetti industriali e per applicazioni relative alla rimozione di inquinanti atmosferici. Misure di Spettroscopia in Riflettanza diffusa nella regione UV-vis-NIR sono ad esempio state effettuate sul MoO3-WO3, un ossido misto con proprietà di semiconduttore, ed hanno dimostrato una coerenza con le misure elettriche e di barriera di superficie nella decrescita del numero di vacanze di ossigeno (o comunque di difetti di tipo donatore) in presenza di atmosfera ossidante e il loro ripristino in presenza di riducenti. Da misure di fotoluminescenza e attraverso un modello a singola coordinata configurazionale abbiamo individuato tramite Stokes-shift un campo fononico locale in presenza di difetti tipo vacanze d’ossigeno nel biossido di titanio.
Dal 2000 al 2010 mi sono occupato di fotovoltaico a concentrazione in progetti relativi alle proprietà delle nanostrutture di semiconduttori per celle fotovoltaiche di nuova generazione, in particolare nello studio di sistemi a concentrazione e separazione dello spettro solare. L’obiettivo principale è volto all’abbattimento dei costi e l’aumento dell’efficienza per una produzione energetica su larga scala. La concentrazione della radiazione solare, attraverso oppurtune soluzioni ottiche, ha permesso una sensibile diminuzione della quantità di materiale necessario per il ricevitore fotovoltaico. Per aumentare l’efficienza di conversione non è però sufficiente la concentrazione, si è dunque scelta la linea della separazione spettrale del fascio incidente: la separazione spettrale consente infatti di inviare alle celle, collegate in parallelo, la porzione di spettro che ottimizza la conversione fotovoltaica sulla base del band-gap del materiale. Questa linea di ricerca si è orientata principalmente allo sviluppo di substrati a basso costo per celle fotovoltaiche per concentrazione ad elevata efficienza, basate su semiconduttori III-V per coprire le varie porzioni dello spettro solare. Una tipologia di cella interessante per tale applicazione è rappresentata da quelle basate sul confinamento quantistico. Il confinamento quantistico si presenta, come nel caso dei “quantum well” (QW), quando uno strato sottile di materiale con un dato band-gap è depositato fra due strati di materiale con band-gap differente. Il nostro approccio è quello delle strutture a QW basate su etero-giunzioni di Si/Ge cresciuto per Low Energy Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (LEPECVD), nel tentativo di realizzare un gas di elettroni bidimensionale. Tali strutture quantistiche a bassa dimensionalità possono superare le limitazioni della band-gap indiretta del Si (grazie alla “soppressione” del campo fononico) e sono compatibili con l’industria microelettronica standard.
Riguardo alla “terza missione”, cioè il trasferimento tecnologico, ho identificato alcune procedure di ottimizzazione dei materiali per il sensing di composti volatili, sfruttando le conoscenze teoriche e sperimentali sulle proprietà (microstrutturali, chimico-fisiche, ottiche, ecc..) delle interfacce gas-semiconduttore. Modificando tali proprietà ho ottenuto un miglior controllo di sensibilità, selettività e stabilità, che permettono di impiegare il dispositivo in campo, al di là della fattibilità dimostrata a livello di laboratorio, con costi contenuti rispetto alla strumentazione tradizionale. Un approccio alla problematica della selettività è inoltre stato attuato tramite un’analisi delle risposte dei sensori a diversi interferenti, in particolare la pressione parziale di vapore d’acqua, e alla separazione analitica in componenti principali. I risultati dei modelli proposti hanno contribuito al conseguimento della stabilità della risposta dei sensori sul lungo periodo, rimuovendo appunto gli effetti transitori. E’ stato quindi possibile in questi anni realizzare appieno il trasferimento tecnologico delle centraline di sensori (impiegate direttamente in campo), all’interno di numerosi progetti regionali, nazionali ed europei, contratti industriali e convenzioni di ricerca con aziende.
Attualmente stiamo sviluppando nuovi semiconduttori nanostrutturati che sono dotati di proprietà chemoresistive, pur non essendo ossidi metallici. Ciò è conseguenza di uno studio pregresso sulla diffusione degli atomi di ossigeno, che sarebbe la causa principale dell’annichilazione delle vacanze di ossigeno del materiale, con conseguente instabilità del segnale dovuta alla modifica della difettività stechiometrica.
Negli ultimi quattro anni ho rivolto le potenzialità del dispositivo a problematiche di tipo medico, quali il tumore al colon-retto, attraverso lo studio dei composti organici volatili emessi dai campioni di feci dei soggetti affetti da sangue occulto, in collaborazione con centri medici ospedalieri di fama internazionale. Questa ricerca mi ha portato a costituire una start-up innovativa (che ha ottenuto numerosi finanziamenti da parte di investitori privati) per la realizzazione di strumenti di diagnosi preliminare per il tumore al colon-retto, che saranno distribuiti nelle strutture sanitarie. La vittoria di premi importanti, progetti nazionali e la raccolta di finanziamenti privati mi ha permesso di realizzare appieno un trasferimento tecnologico con l’acquisto da parte della startup del brevetto, di proprietà dell’Università di Ferrara, e della sua estensione a brevetto europeo. Stiamo quindi indagando altre patologie attraverso lo studio dei composti volatili nel sangue e nei tessuti.
PROGETTI EUROPEI
• Progetto europeo V Programma Quadro (CRAFT) “Solid state sensors for the detection of ethanol and ethylene given off by horticultural products in storage and ripening chambers” (ottenuto il finanziamento per gli anni 1999-2001);
• Attività tecnico-scientifica nel Progetto europeo V Programma Quadro, intitolato: “Identification and Development of the Optimum Si-cells Concentrator Technology for PV Power Systems”, in collaborazione con l’Università di Madrid e la BP Solar (anni del progetto 2002-2006);
• Attività di ricerca (rendicontate circa 200 ore-uomo/anno) nel Progetto europeo VII Programma quadro, APOLLON Project, “Multi-approach for high efficiency integrated and intelligent concentrating PV modules (systems) Project”, (2008-13).
PROGETTI NAZIONALI, CONTRATTI E CONVENZIONI DI RICERCA
• Programma Regionale per la Ricerca Industriale, l’Innovazione e il Trasferimento Tecnologico. Misura 4 “Sviluppo di rete” Azione A – Laboratori di ricerca e trasferimento tecnologico LaRIA - Laboratorio Regionale per l’Innovazione nel controllo della qualità dell’Aria a partire dal 2003;
• dal 2004 al 2006 ho svolto attività di ricerca industriale volta al trasferimento tecnologico di sensori chemoresistivi a Pirelli Lab, studiando in particolare gli effetti della temperatura e dell’umidità assoluta dei sensori per il monitoraggio di gas, all’interno di tre contratti di ricerca annuali;
• Prriitt - Misura 3.4 Azione A "Laboratori di ricerca e trasferimento tecnologico”, bando del 26/11/2007 (DGR n,1853/2007) ENVIRONMENTAL-NET;
• ho svolto attività di ricerca e disseminazione dei risultati nel progetto PRIN 2007 (22/09/2008): “Materiali e tecniche per sistemi di conversione fotovoltaica di nuova generazione”. (Coordinatore scientifico Prof. Giuliano Martinelli);
• ho partecipato al progetto “Deflessione di particelle negative relativistiche mediante channeling e fenomeni correlati in cristalli deformati” coordinato dal Professor V. Guidi. (Cofinanziamento MUR 2008-10);
• ho fatto parte del PRIN 2008, coordinato dal Prof. V. Guidi, intitolato “Progettazione, realizzazione e sperimentazione di cristalli di silicio per esperimenti di channeling con fasci di cariche negative”.
• coordinamento delle attività di caratterizzazione elettrica, morfologica e strutturale per la ditta Smaltiflex S.p.a. per “Realizzazione di lamiere smaltate funzionalizzate con polveri nano strutturate per attivare processi ossido riduttivi di inquinanti gassosi presenti nei fumi di centrali termoelettriche” in una Convenzione di Ricerca con il Dipartimento di Fisica, 2010-11;
• ho svolto attività di trasferimento alle imprese del territorio (mediamente 200 ore-uomo/anno dal 2010 al 2013) nel Tecnopolo Terra&AcquaTech: laboratorio per la sostenibilità, l’integrazione e la produttività dei processi e dei sistemi idro-agro-ambientali;
• sono stato coordinatore di unità del progetto “Dispositivi fotovoltaici nanostrutturati e a film sottile per uso in sistemi a concentrazione con separazione spettrale” FIRB 2008 RBFR08P44S (Linea d'intervento 2) Futuro in Ricerca 2008 (gennaio 2010-marzo 2013);
• sono stato responsabile scientifico di una convenzione di ricerca con Automobili Lamborghini S.p.a. nel 2012-13 intitolata: “studio di fattibilità riguardante un metodo di separazione fra differenti specie di gas emessi dallo scarico di un motore alimentato a bio-etanolo utilizzando come rivelatori sensori di gas a ossidi metallici semiconduttori (MOX)”;
• attività di supervisione delle caratterizzazioni elettriche in laboratorio per il contratto tra ENI Ricerche e Dipartimento di Fisica e Scienze della Terra dal titolo: “Caratterizzazione elettrica di materiali ECS” (dal 2012);
• Affidamento da parte del Consiglio di Amministrazione dell'Università di Ferrara (nomina CdA 13.7.2010 e riallineamento durata con CdA 29.4.2015) di ricerca scientifica come membro della Società consortile Proambiente con il CNR di Bologna e con piccole e medie imprese della Regione Emilia Romagna nel campo della prevenzione e rimedio ambientale. fino al novembre 2015;
• responsabile del progetto POR-FESR 2007-2013, Attività I.1.1 –Realizzazione di studi di fattibilità funzionali alla presentazione di progetti nell’ambito del programma HORIZON 2020 (DGR 22/2014) Approvato il finanziamento per lo studio di fattibilità: “Breath Electronic Analyzer for Tobacco Consumers Observation and Prevention of Diseases”; 2014.
• responsabile scientifico insieme al Prof. Anania, del progetto “Analisi di metaboliti tumorali per mezzo di sensori nanostrutturati, da colture cellulari e tessuti umani, a fini di screening oncologico” finanziato dalla Camera di Commercio di Ferrara, 2016.
• responsabile scientifico del piano di lavoro progettuale Bando di ricerca sanitaria 2016-Programma 5 per mille anno 2014:” Dispositivo a base di sensori di composti organici volatili per lo screening del cancro al colon-retto: validazione clinica, raccolta dati e loro disseminazione” del valore di 100 mila euro finanziato al 50% dalla LILT(Lega Italiana Lotta ai Tumori). Finanziamento anni 2017-2018.
• responsabile scientifico del progetto approvato dal Comitato Etico Unico di Ferrara dal titolo: “Valutazione dell’accuratezza della determinazione di composti organici volatili quali biomarker di neoplasia colo-rettale nelle feci di soggetti FOBT-positivi sottoposti a colonscopia” durata 2016-2019.
• Responsabile scientifico del progetto dal titolo “Startup per la realizzazione e distribuzione di dispositivi per lo screening tumorale basati su sensori nanostrutture chemoresistive” POR FESR 2014-2020. BANDO PER IL SOSTEGNO ALLE START UP INNOVATIVE IN ATTUAZIONE DELL'ATTIVITA' 1.4.1.
• Progetto con la clinica Quisisana di Ferrara dal titolo "Applicazione di un dispositivo di prescreening del cancro al colon-retto, basato su sensori di gas", 2021-2022.
Oltre ai sopracitati ruoli di coordinamento in progetti di ricerca, sono stato presidente e membro interno di numerose commissioni per il conferimento di assegni di ricerca, borse di studio e contratti a progetto.
RUOLI EDITORIALI
• Sono referee di numerose riviste scientifiche, tra cui: Sensors and Actuators B-Chemical, Materials Science and Engeneering, Measurements Science Technology, JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY, Chemical Physics Letters, Journal of Physics: Condensed Matter, Analytical Letters, ACS Applied Materials & Interfaces, Applied Surface Science, Material Research Bullettin, Materials Chemistry and Physics, Physica Status Solidi, Physica Scripta, Journal of Physics D: Applied Physics, Thin Solid Films, Journal of Applied Physics, European Physical Journal Applied Physics, Physical Chemistry; International Journal of Emerging Technologies in Learning (iJET), Materials Research Bulletin.
• dal 2011 membro dell’editorial board della rivista ISRN Nanotechnology;
• dal 2011 membro dell’editorial board della rivista Modern Istruments (MI);
• dal 2012 membro dell’editorial board della rivista International Journal of Material and Mechanic Engineering;
• dal 2013 membro dell’editorial board della rivista Instrument Science;
• dal 2013 membro dell’editorial board della rivista Precision Instrument and Mechanology (PIM);
• dal 2014 membro dell’editorial board della rivista Evolving Trends in Engineering & Technology (Oxford University Press);
• dal 2018 editor di CPQ Microbiology
• dal 2018 editor di International Journal of Engineering and Technologies
• Iscritto all’Albo dei Revisori MIUR dal 2010 a oggi.
BREVETTI E CODICI
• M. Lezziero, C. Malagù, A. Parretta, M. Stefancich, Brevetto n. BO2009A000703 “Dispositivo per la misure del grado di polarizzazione della luce solare diffusa"
• M. Lezziero, C. Malagù, A. Parretta, "Codice "SKYPOL1" per la gestione di un polarimetro", richiesta di registrazione alla SIAE, Registro Pubblico Speciale per i Programmi per Elaboratore, Numero progressivo 007192, Ordinativo D006420, 25 Maggio 2009;
• Cesare Malagù, Alessio Giberti, Sandro Gherardi, Andrea Gaiardo, Giulia Zonta, Nicolò Landini brevetto n. RM2014A000595 “Dispositivo per lo screening preliminare di adenomi al colon-retto”. E’ stata inoltre accolta la domanda di Brevetto Europeo per tale dispositivo (attualmente internazionalizzato in Germania e Regno Unito, con numero di brevetto europeo: 3210013);
• Cesare Malagù, Gabriele Anania, Giorgio Rispoli, Barbara Fabbri, Alessio Giberti, Sandro Gherardi, Andrea Gaiardo, Nicolò Landini, Lucia Scagliarini, Giulia Zonta, brevetto n. 102015000057717 “COMBINAZIONE DI MATERIALI SEMICONDUTTORI NANOPARTICOLATI PER USO NEL DISTINGUERE CELLULE NORMALI DA CELLULE TUMORALI”;
• socio fondatore della startup innovativa SCENT S.r.l., (SemiConductor based Electronic Network for Tumors) da Aprile 2015 iscritta alla CCIA di Ferrara e diventata azienda nel 2020.
PREMI, DONAZIONI E FESTIVAL
• Premio Sapio 2008: “Concentrazione solare e separazione spettrale per sistemi fotovoltaici di nuova generazione” (team di progetto: D. Vincenzi, C. Malagù, A. Antonini, S. Baricordi);
• il progetto “Fotovoltaico a concentrazione e separazione spettrale abbinata a supporti virtuali di germanio su silicio” è stato selezionato a livello nazionale tra i dieci progetti presentati a “L’energia spiegata” Festival dell’Energia di Lecce (20-23/05/2010);
• vincitore (ex aequo) del Festival della Ricerca a Ferrara (24 settembre 2010), con la ricerca dal titolo: “Unpinning of the Fermi level and tunneling in metal oxide semiconductors”;
• sono stato beneficiario di una donazione, erogata dalla Federazione Nazionale Cavalieri del Lavoro – Gruppo Emiliano Romagnolo, per un assegno di ricerca/borsa di studio finalizzati ad attività dal titolo: “Fotovoltaico a concentrazione e separazione spettrale abbinata a supporto virtuali di germanio su silicio” (2010);
• vincitore (ex aequo) del Festival della Ricerca a Ferrara 24 Settembre 2011 nel gruppo del Dr. Donato Gemmati per la ricerca dal titolo: “Estensibilità ed Elasticità delle fibre di fibrina in presenza di un particolare cross-linker: potenziale utilizzo terapeutico nelle malattie cardiovascolari”;
• primo premio UnifeCup 2013 - trasferimento Tecnologico di UNIFE “call for ideas” con una startup dal titolo: SCENT, “Realizzazione di un dispositivo portatile per la diagnosi del cancro al colon-retto”;
• vincitore della prima fase del bando StartCup2014- il progetto “SemiConductor-based Electronic Network for Tumors” è risultato primo (a pari merito con altre 5 idee progettuali) su 120 progetti presentati in regione Emilia Romagna;
• vincitore del premio internazionale Premio Franci@INNOVazione Start-Up dell’Ambasciata di Francia, consegna del premio 2 Febbraio 2015 Palazzo Farnese- Roma;
• vincitore del primo premio INNOVAMI 2015, UNA NUOVA IDEA DI IMPRESA per la migliore idea imprenditoriale con la start-up Scent S.r.l. (valore 11.500 Euro);
• vincitore del premio Marzotto 2015 per l’innovazione tecnologica con la startup Scent S.r.l. (valore 300.000 Euro).
• sono stato beneficiario di una donazione, erogata dalla Lega Italiana per la Lotta contro i Tumori (LILT), per il cofinanziamento del dottorato dal titolo: “Sensori chemoresistivi per lo studio di campioni fecali e linee cellulari per la rivelazione di composti volatili indicatori di tumori” (2017);
• premio Cambiamenti CNA Ferrara 30 ottobre 2017.
• Riconoscimento CNA Ferrara per la finale regionale del Premio Cambiamenti 2018.
• Terza posizione al premio Unicredit Start Lab 2019, commissione Life Science, 6 giugno 2019, presso l'UniCredit Tower – Milano.
PRESENTAZIONI A CONFERENZE
1. C. Malagù, “Mechanisms of response of chemoresistive gas sensors applied to colorectal cancer screening” 3rd International Conference on Sensors Engineering and Electronics Instrumentation Advances (SEIA' 2017), 20-22 September 2017, Moscow, Russia.
2. C. Malagù et al. “Screening per la prevenzione e la diagnosi precoce dei tumori al colon-retto mediante FOBT e sensori di gas” GISCOR, XI Convegno Nazionale, Firenze 10-11 novembre 2016.
3. C. Malagù et al. “Devices for screening and monitoring of tumors based on chemoresistive sensors” EUROSENSORS 2016 - XXX edition-September 4 - 7, 2016, Budapest, Hungary.
4. C. Malagù et al. “Intra-grain oxygen diffusion influence on conductivity of polycrystalline semiconducting compounds” IMCS XV- 16-19 Marzo 2014, Buenos Aires, Argentina;
5. B. Fabbri, S. Gherardi, A. Giberti, V. Guidi, C. Malagù “Sensing of Gaseous Malodors in Landfills and Waste Treatment Plants” AMA Conference 2013 14-16 May 2013 Nürnberg Exhibition Centre, Germany;
6. C.Malagù, A. Giberti, V. Guidi, “Spectroscopic and electrical evidence of transition to nanostructured behaviour in SnO2” IMCS 2012 - The 14th International Meeting on Chemical Sensors May 20 - 23, 2012, Nürnberg/Nuremberg, Germany;
7. Cesare Malagù “Tunneling through surface barrier and oxygen in-diffusion in nanostructured SnO2 gas sensors” (ISOEN 2011) May 2-5, 2011 Rockefeller University New York City, USA.
8. Cesare Malagù, Alessio Giberti “Conductivity of nanostructured tin oxide modulated by intergrain oxygen diffusion” AISEM 2011- Rome, 7-9 February 2011;
9. Cesare Malagù “Surface states and oxygen in-diffusion in nanostructured SnO2” Solid State Surface and Interfaces 22-25 Nov. 2010, Smolenice (Slovacchia);
10. C. Malagù, M.C. Carotta, C.M. Aldao, M.A. Ponce and G. Martinelli “Tunneling through surface barrier and modified mass action law in nanostructured metal oxide semiconductors.” Semiconductor Gas Sensors 7th, 12-16 settembre 2010 Krakov (PL);
11. C.Malagù, A. Giberti, V. Guidi, M.C. Carotta and G. Martinelli “conductance variation under UV: a surface barrier modification” AISEM 2010, Messina , 8-10 Febbraio 2010;
12. C. Malagù, C.M. Aldao, M.C. Carotta, M.S. Castro, M.A. Ponce and G. Martinelli “Tunneling and thermionic contributions to conductivity in nanostructured SnO2” Semiconductor Gas Sensors-6th International Workshop-Zakopane, Antałówka Conference Centre - Poland September 14-19, 2008;
13. C. Malagù, M.Ponce, G. Martinelli and C.M. Aldao, “Field assisted thermionic emission in polycrystalline SnO2” AISEM 2008, Roma, 19-21 February 2008;
14. IMCS 2006, Brescia, 16th-19th July 2006;
15. C. Malagù, M.C. Carotta, A. Giberti, V. Guidi, S. Morandi and G. Martinelli “Impedance spectroscopy on WO3 and MoO3-WO3 thick-film gas sensors” Electroceramics X, Toledo (Spain), 19-22 June 2006;
16. C. Malagù, M. Benetti, M.C. Carotta, A. Giberti, V. Guidi, L. Milano and G. Martinelli “Investigation of the humidity effects on SnO2-based sensors in CO detection” MRS Spring Meeting, San Francisco (USA), 17-21 April 2006;
17. C. Malagù, M.C. Carotta, S. Morandi, G. Ghiotti, S. Gherardi, A. Giberti, G. Martinelli “surface barrier modulation of MOO3-WO3 thick films for NO2 detection.” Eurosensors XIX, Barcelona, Spain, 10-13 September 2005;
18. AISEM 2005, Firenze, 15-17 February 2005;
19. C.Malagù, M.C. Carotta, A. Giberti, V. Guidi, L. Milano, M. Piga, and G. Martinelli “Dependence of response of SnO2 based thick film gas sensors on flow rate” Eurosensors XVIII, September 13-15, 2004 Italy – Rome;
20. C. Malagù, M. C. Carotta, S. Gherardi, V. Guidi, B. Vendemiati and G. Martinelli “AC measurements and modelling of WO3 thick film gas sensors” IMCS 2004, 11-14 July 2004, Tsukuba, Japan;
21. AISEM 2004, Ferrara, 8-11 February 2004;
22. C.Malagù, M.C. Carotta, V.Guidi, G. Martinelli, H. Fissan, F.E. Kruis, M.K.Kennedy, T.G.G. Maffeis, G.T. Owen, and S.P. Wilks, “Evidence of band bending flattening of 10 nm polycrystalline SnO2 using scanning tunnelling microscopy/spectroscopy techniques” Eurosensors XVII September 21 - 24, 2003 Guimarães-Portugal;
23. C.Malagù, M.C. Carotta, V. Guidi, M.K.Kennedy, G. Martinelli, T.G.G. Maffeis, G.T. Owen, S.P. Wilks, “Surface state density decrease in nanostructured polycrystalline SnO2: modelling and evidence via Scanning tunneling spectroscopy and electrical characterisation” E-MRS 2003 Spring Meeting June 10-13, 2003 - Strasbourg (France);
24. C. Malagù, M.C. Carotta, M. Ferroni, S. Gherardi, A. Giberti, V. Guidi, and G. Martinelli, “Model for the Schottky barrier height and the surface state density in SnO2 and TiO2 thick-film gas sensors” AISEM 2002, Trento, 12-14 February 2003;
25. C. Malagù, M.C. Carotta, V. Guidi, M. Stefancich and G. Martinelli, “Surface state density in nanostructured thick-film SnO2 and TiO2 sensors” IMCS 2002, Boston (USA) 7-10 July 2002;
26. C. Malagù, G. Martinelli and M. C. Carotta, “Relation between the Debye length and the depletion depth in nanostructured sensing materials”, AISEM 2001, Pisa, 3-7 February 2001;
27. C. Malagù, M. C. Carotta and G. Martinelli, “Relation between the Debye length and the depletion depth in nanostructured sensing materials”, 19th European Conference on Surface Science, Madrid, Spain, September 5 - 8, 2000;
28. C. Malagù, M.C. Carotta, G. Martinelli, “A theoretical model for band bending in a p-n junction, applied to the nanostructured particles of Thick-Film sensors”, INFMeeting, Genova, 12-16 June 2000;
29. Eurosensors XII, 13-16 September 1998, Southampton.
RELAZIONI SU INVITO
1. Invited Chairman at “XXXVII International Symposium on Dynamical Properties of Solids (DyProSo2019)” Ferrara 8-12 settembre 2019.
2. Cesare Malagù “Sensori nanostrutturati per la rivelazione di composti organici volatili di interesse oncologico” FERRARA CITTA’ DELLA PREVENZIONE, Nuovo Polo Biomedico ‘Mammuth’ Via Luigi Borsari, 12- 12 OTTOBRE 2017.
3. Cesare Malagù at “Sensors for Sustainable Life Quality: From Environmental Monitoring to Cancer Screening”, invited seminar at COMMUNICATING SUSTAINABILITY, University Institute for Higher Studies - IUSS - Ferrara 23-27 MAY 2016.
4. Cesare Malagù “Non oxide semiconductors to reduce oxygen in and out-diffusion: characterizations and applications as gas sensors” invited at The International Workshop on Semiconductor Gas Sensors (SGS 2015), 16-19 December 2015 Zakopane (Poland);
5. Cesare Malagù “Transport mechanisms in polycrystalline tin oxide: field-assisted and thermionic emission, intra-grain oxygen diffusion and non parabolic barriers.” Invited at The International Workshop on Semiconductor Gas Sensors (SGS 2012), 11-15 September 2012 Cracow;
6. Cesare Malagù Invited Chairman at Zeroemission 2011, 14-16 September 2011, Rome. “The seasons of solar energy: CPV efficiency and competitiveness” Opening of the session and introduction by the Chair;
7. Cesare Malagù “L’illusione del fotovoltaico?” Relazione su invito al convegno “Smart City/Città creativa: idee in movimento” Sala Polivalente-Regione Emilia-Romagna, Viale Aldo Moro 50, Bologna 24 giugno 2011;
8. Cesare Malagù “Fotovoltaico a concentrazione con separazione spettrale.” Seminario su invito tenuto in occasione di: OIKOS Fonti di energia e tecnologie di conversione Ferrara, 14 marzo 2011, Nuovi Istituti Biologici;
9. Invited seminar “CO sensors based on WO3 nanoparticles” at the Universitad Nacional de Mar del Plata-Facultad de Ingegneria-Departamento de Fisica, October 2007;
10. Invited Chairman at AISEM 2006, Lecce, 8-10 February 2006;
11. Invited seminar “Some steps in Poisson’s equation solution in n-type semiconductors” at Institut für Physikalische und Theoretische Chemie University of Tuebingen November 2004;
12. Invited seminar “Model for the Schottky barrier and built-in potential in n-type metal-oxyde semiconductors”. Sensor and Interface Laboratory University of Wales-Swansea January 2003.
• Maturità scientifica conseguita il 13 luglio 1993 presso il Liceo Scientifico A. Roiti di Ferrara con la votazione di 60/60.
• Laurea in fisica conseguita in corso il 18 luglio 1997 presso la Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali, Dipartimento di Fisica dell’Università di Ferrara con la votazione di 110/110 e lode.
• Dottorato di Ricerca in Fisica sperimentale il 19/01/01 presso la Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche e naturali, Dipartimento di Fisica dell’Università di Ferrara.
ABILITAZIONE SCIENTIFICA NAZIONALE I FASCIA
Area disciplinare 02/B1 (FIS 01/FIS03)
122 publications (Hirsch index 30) and 2300 citations (SCOPUS).
FORMAZIONE
• Nel 1997 ho eseguito un’analisi storico-climatica sul Global Warming, presso il CNR di Bologna. La mia tesi di laurea è intitolata “Analisi climatica della serie storica delle temperature di Bologna” e in essa è stata rivista la definizione di “riscaldamento globale” sottolineando le caratteristiche locali del sistema clima. Un modello climatico di equilibrio instabile è stato approfondito e sono state raccolte evidenze sperimentali per motivare l’esistenza di altre cause del riscaldamento globale oltre al contributo antropico;
• dal 1997 al 2001, durante il periodo di Dottorato presso il Laboratorio Sensori e Semiconduttori dell’Università di Ferrara mi sono occupato di monitoraggio ambientale ed industriale di gas inquinanti. Ho acquisito esperienza nella tecnologia del film spesso e nella caratterizzazione elettrica, morfologica e strutturale di ossidi semiconduttori policristallini tramite microscopia elettronica a trasmissione, analisi termica e spettroscopia di impedenza e nella compilazione di progetti di ricerca. Titolo della tesi di Dottorato: “Sensori per tetraidrofurano e metanolo: dal modello alla caratterizzazione”. L’obiettivo principale del lavoro di tesi è stato quello di mostrare le potenzialità dei sensori chemo-resistivi per monitoraggio di gas anche in ambiente industriale;
• tra il 1999 e il 2000 ho fatto parte di un progetto “Giovani ricercatori” bandito dall’Università di Ferrara sul tema “Channeling in very short bent silicon” sviluppato in collaborazione con il Russian Institute for High Energy Physics di Protvino. All’interno di esso mi sono occupato principalmente dello studio della geometria del taglio per ottimizzare il channeling in silicio;
• nel 2001 ho svolto una collaborazione coordinata e continuativa di ricerca Post Doc, con associatura INFM (Istituto Nazionale di Fisica della Materia). Ambito della ricerca l’approfondimento di proprietà elettroniche delle nanostrutture di ossidi semiconduttori e la loro realizzazione su supporti microlavorati. In questo periodo ho lavorato su sistemi fotovoltaici a concentrazione occupandomi principalmente dei fenomeni di trasporto su silicio e studiando geometrie frattali per l’ottimizzazione del ricoprimento dei contatti in celle per concentrazione;
• dal 2001 al 2006 sono stato titolare di Assegno di Ricerca presso il Dipartimento di Fisica dell’Università di Ferrara. Durante questo periodo ho effettuato esperienze di lavoro all’estero presso laboratori noti a livello internazionale, tra le quali:
1) da Novembre 2002 a Febbraio 2003 ho svolto una fellowship trimestrale presso il Sensor and Interface Laboratory dell’Università del Galles-Swansea sotto la supervisione del Prof. S.P. Wilks. Ho appreso tecniche di Scanning Tunelling Microscopy e Scanning Tunelling Spectroscopy ad alta risoluzione nell’ambito della caratterizzazione di superfici di semiconduttori nanostrutturati. Ho tenuto seminari sulle caratterizzazioni elettriche di semiconduttori e sui modelli di barriera di superficie;
2) da Novembre a Dicembre 2004 ho lavorato presso l’Institut für Physikalische und Theoretische Chemie all’Università di Tuebingen in Germania, al fine di effettuare misure di spettroscopia di impedenza su film spessi di WO3 e approfondire il principio di funzionamento dei sensori chemoresistivi, discutendo gli aspetti cruciali e le evidenze sperimentali di un modello di trasporto elettronico in nanostrutture e tenendo due seminari;
3) nel mese di Ottobre 2007 ho svolto un soggiorno presso la “Universitad Nacional de Mar del Plata-Facultad de Ingegneria-Departamento de Fisica” collaborando con il Prof. Celso M. Aldao nell’analisi delle relazioni tra le proprietà elettriche, la composizione e la microstruttura dei sensori di SnO2. Il modello di trasporto sviluppato per le nanostrutture considerate tiene anche conto delle correzioni dovute al tunelling attraverso la barriera Schottky;
• dal novembre 2007 Ricercatore Universitario nel settore FIS 01;
• nel 2010 sono stato associato al Centro Emostasi e Trombosi di UNIFE;
• dal novembre 2010 al 2016 Ricercatore confermato;
• nel 2011/12 sono stato associato all’Istituto di Acustica e Sensoristica “Orso Maria Corbino” CNR-IDASC;
• dal 2014 al 2017 sono stato associato all’Istituto CNR-INO;
• da Aprile 2016 Professore Associato nel SSD FIS01 Area 02/B1.
ATTIVITÀ DI RICERCA
In due decenni di attività di ricerca sulle nanostrutture di semiconduttori ho sviluppato modelli di trasporto elettronico e loro applicazioni sensoristiche e fotovoltaiche. Dal termine del dottorato, Gennaio 2001, ho assistito il Professor Giuliano Martinelli nel coordinamento dell’attività di ricerca del Laboratorio Sensori e Semiconduttori e dal 2010 sono responsabile del Gruppo Sensori presso il medesimo laboratorio. Il gruppo che coordino è attualmente composto da un’assegnista post doc, tre dottorandi ed un tecnico laureato.
Questo settore di ricerca rappresenta, per il suo peculiare carattere di interdisciplinarietà, un terreno di grandi opportunità per lo sviluppo della fisica e della chimica di base. Il mio sforzo si è incentrato nel tentativo di unificare gli approcci chimico e fisico ai concetti fondamentali dello stato solido riguardanti i semiconduttori, come per esempio, l’energia libera, il potenziale elettrochimico, i difetti stechiometrici e la funzione lavoro.
Alcune ambiguità esistenti in letteratura, come la distinzione tra lunghezza di Debye e la larghezza della zona di svuotamento nel caso di semiconduttori di tipo n non degeneri, l’equivalenza tra il livello di Fermi e il potenziale elettrochimico degli elettroni, come energia libera parziale molare più il contributo elettrostatico, sono state risolte. Ho quindi sviluppato un modello di trasporto elettronico in nanostrutture policristalline, risolvendo per primo, sia numericamente che analiticamente (per i casi possibili), l’equazione di Poisson in coordinate sferiche, con le opportune condizioni al contorno per i nano-grani.
L’approccio tridimensionale all’equazione di Poisson, rispetto a quello classico di giunzione semi-infinita (unidimensionale in quanto in presenza di un solo asse normale alla giunzione) ha mostrato l’esistenza di un fattore tre nell’effetto di svuotamento del materiale da parte degli stati superficiali ed ha introdotto, rispetto al limite classico della barriera Schottky planare, gli effetti di curvatura come correzione al primo ordine nel rapporto tra larghezza di svuotamento e raggio del grano. È stato quindi possibile determinare per i diversi semiconduttori policristallini il parametro di confronto col raggio medio del grano per il quale essi possono effettivamente esser considerati nanostrutturati. Più in generale, le nanostrutture di diversa geometria (nanoparticelle, nanotubi e nanofili) sono state caratterizzate e si è introdotto il criterio del confronto delle dimensioni caratteristiche con la larghezza della zona di svuotamento. Ho inoltre sviluppato molti argomenti riguardanti proprietà elettriche ed elettroniche, ottiche e microstrutturali, dei materiali realizzati, utilizzando tecniche di indagine quali Microscopia Elettronica in Trasmissione e Scansione (SEM e TEM), Microscopia e Spettroscopia Scanning Tunneling (STS), Diffrazione di Raggi X, Fourier Transform Infra Red, fotoluminescenza e funzione lavoro. Ho impiegato la Spettroscopia di Impedenza per acquisire informazioni sulla risposta capacitiva dei materiali in oggetto. Con la tecnica STS ho ottenuto evidenza sperimentale del fatto che la densità energetica degli stati superficiali diminuisce drasticamente al di sotto del raggio critico nelle nanostrutture di ossidi semiconduttori. Si è mostrato poi, grazie ad un progetto di scambio di ricercatori con l’Università di Mar del Plata (Argentina), che il contributo dell’effetto tunnel alla conduttanza degli ossidi nanostrutturati è comparabile con il contributo termoionico, che era l’unico trattato dai modelli esistenti in letteratura. Ho infine stimato la forma della barriera intergranulare in presenza di un profilo non uniforme di difetti, causato dalla diffusione di ossigeno nel bulk del materiale e simulato i valori di conduttanza sperimentalmente osservati nei campioni realizzati.
Ho analizzato un materiale che ben si presta alla modifica della dimensione dei grani (TiO2), per individuare se l’aumento di risposta fosse imputabile principalmente ad effetti geometrici piuttosto che a transizioni di fase. Le evidenze sperimentali trovate hanno provato che la fase cristallina ha un ruolo secondario rispetto alla dimensione dei grani per quel che riguarda le risposte elettriche.
Ho studiato gli effetti di fotocatalisi e foto attivazione di materiali innovativi nanostrutturati (come ad esempio WO3 e CdS) in progetti industriali e per applicazioni relative alla rimozione di inquinanti atmosferici. Misure di Spettroscopia in Riflettanza diffusa nella regione UV-vis-NIR sono ad esempio state effettuate sul MoO3-WO3, un ossido misto con proprietà di semiconduttore, ed hanno dimostrato una coerenza con le misure elettriche e di barriera di superficie nella decrescita del numero di vacanze di ossigeno (o comunque di difetti di tipo donatore) in presenza di atmosfera ossidante e il loro ripristino in presenza di riducenti. Da misure di fotoluminescenza e attraverso un modello a singola coordinata configurazionale abbiamo individuato tramite Stokes-shift un campo fononico locale in presenza di difetti tipo vacanze d’ossigeno nel biossido di titanio.
Dal 2000 al 2010 mi sono occupato di fotovoltaico a concentrazione in progetti relativi alle proprietà delle nanostrutture di semiconduttori per celle fotovoltaiche di nuova generazione, in particolare nello studio di sistemi a concentrazione e separazione dello spettro solare. L’obiettivo principale è volto all’abbattimento dei costi e l’aumento dell’efficienza per una produzione energetica su larga scala. La concentrazione della radiazione solare, attraverso oppurtune soluzioni ottiche, ha permesso una sensibile diminuzione della quantità di materiale necessario per il ricevitore fotovoltaico. Per aumentare l’efficienza di conversione non è però sufficiente la concentrazione, si è dunque scelta la linea della separazione spettrale del fascio incidente: la separazione spettrale consente infatti di inviare alle celle, collegate in parallelo, la porzione di spettro che ottimizza la conversione fotovoltaica sulla base del band-gap del materiale. Questa linea di ricerca si è orientata principalmente allo sviluppo di substrati a basso costo per celle fotovoltaiche per concentrazione ad elevata efficienza, basate su semiconduttori III-V per coprire le varie porzioni dello spettro solare. Una tipologia di cella interessante per tale applicazione è rappresentata da quelle basate sul confinamento quantistico. Il confinamento quantistico si presenta, come nel caso dei “quantum well” (QW), quando uno strato sottile di materiale con un dato band-gap è depositato fra due strati di materiale con band-gap differente. Il nostro approccio è quello delle strutture a QW basate su etero-giunzioni di Si/Ge cresciuto per Low Energy Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (LEPECVD), nel tentativo di realizzare un gas di elettroni bidimensionale. Tali strutture quantistiche a bassa dimensionalità possono superare le limitazioni della band-gap indiretta del Si (grazie alla “soppressione” del campo fononico) e sono compatibili con l’industria microelettronica standard.
Riguardo alla “terza missione”, cioè il trasferimento tecnologico, ho identificato alcune procedure di ottimizzazione dei materiali per il sensing di composti volatili, sfruttando le conoscenze teoriche e sperimentali sulle proprietà (microstrutturali, chimico-fisiche, ottiche, ecc..) delle interfacce gas-semiconduttore. Modificando tali proprietà ho ottenuto un miglior controllo di sensibilità, selettività e stabilità, che permettono di impiegare il dispositivo in campo, al di là della fattibilità dimostrata a livello di laboratorio, con costi contenuti rispetto alla strumentazione tradizionale. Un approccio alla problematica della selettività è inoltre stato attuato tramite un’analisi delle risposte dei sensori a diversi interferenti, in particolare la pressione parziale di vapore d’acqua, e alla separazione analitica in componenti principali. I risultati dei modelli proposti hanno contribuito al conseguimento della stabilità della risposta dei sensori sul lungo periodo, rimuovendo appunto gli effetti transitori. E’ stato quindi possibile in questi anni realizzare appieno il trasferimento tecnologico delle centraline di sensori (impiegate direttamente in campo), all’interno di numerosi progetti regionali, nazionali ed europei, contratti industriali e convenzioni di ricerca con aziende.
Attualmente stiamo sviluppando nuovi semiconduttori nanostrutturati che sono dotati di proprietà chemoresistive, pur non essendo ossidi metallici. Ciò è conseguenza di uno studio pregresso sulla diffusione degli atomi di ossigeno, che sarebbe la causa principale dell’annichilazione delle vacanze di ossigeno del materiale, con conseguente instabilità del segnale dovuta alla modifica della difettività stechiometrica.
Negli ultimi quattro anni ho rivolto le potenzialità del dispositivo a problematiche di tipo medico, quali il tumore al colon-retto, attraverso lo studio dei composti organici volatili emessi dai campioni di feci dei soggetti affetti da sangue occulto, in collaborazione con centri medici ospedalieri di fama internazionale. Questa ricerca mi ha portato a costituire una start-up innovativa (che ha ottenuto numerosi finanziamenti da parte di investitori privati) per la realizzazione di strumenti di diagnosi preliminare per il tumore al colon-retto, che saranno distribuiti nelle strutture sanitarie. La vittoria di premi importanti, progetti nazionali e la raccolta di finanziamenti privati mi ha permesso di realizzare appieno un trasferimento tecnologico con l’acquisto da parte della startup del brevetto, di proprietà dell’Università di Ferrara, e della sua estensione a brevetto europeo. Stiamo quindi indagando altre patologie attraverso lo studio dei composti volatili nel sangue e nei tessuti.
PROGETTI EUROPEI
• Progetto europeo V Programma Quadro (CRAFT) “Solid state sensors for the detection of ethanol and ethylene given off by horticultural products in storage and ripening chambers” (ottenuto il finanziamento per gli anni 1999-2001);
• Attività tecnico-scientifica nel Progetto europeo V Programma Quadro, intitolato: “Identification and Development of the Optimum Si-cells Concentrator Technology for PV Power Systems”, in collaborazione con l’Università di Madrid e la BP Solar (anni del progetto 2002-2006);
• Attività di ricerca (rendicontate circa 200 ore-uomo/anno) nel Progetto europeo VII Programma quadro, APOLLON Project, “Multi-approach for high efficiency integrated and intelligent concentrating PV modules (systems) Project”, (2008-13).
PROGETTI NAZIONALI, CONTRATTI E CONVENZIONI DI RICERCA
• Programma Regionale per la Ricerca Industriale, l’Innovazione e il Trasferimento Tecnologico. Misura 4 “Sviluppo di rete” Azione A – Laboratori di ricerca e trasferimento tecnologico LaRIA - Laboratorio Regionale per l’Innovazione nel controllo della qualità dell’Aria a partire dal 2003;
• dal 2004 al 2006 ho svolto attività di ricerca industriale volta al trasferimento tecnologico di sensori chemoresistivi a Pirelli Lab, studiando in particolare gli effetti della temperatura e dell’umidità assoluta dei sensori per il monitoraggio di gas, all’interno di tre contratti di ricerca annuali;
• Prriitt - Misura 3.4 Azione A "Laboratori di ricerca e trasferimento tecnologico”, bando del 26/11/2007 (DGR n,1853/2007) ENVIRONMENTAL-NET;
• ho svolto attività di ricerca e disseminazione dei risultati nel progetto PRIN 2007 (22/09/2008): “Materiali e tecniche per sistemi di conversione fotovoltaica di nuova generazione”. (Coordinatore scientifico Prof. Giuliano Martinelli);
• ho partecipato al progetto “Deflessione di particelle negative relativistiche mediante channeling e fenomeni correlati in cristalli deformati” coordinato dal Professor V. Guidi. (Cofinanziamento MUR 2008-10);
• ho fatto parte del PRIN 2008, coordinato dal Prof. V. Guidi, intitolato “Progettazione, realizzazione e sperimentazione di cristalli di silicio per esperimenti di channeling con fasci di cariche negative”.
• coordinamento delle attività di caratterizzazione elettrica, morfologica e strutturale per la ditta Smaltiflex S.p.a. per “Realizzazione di lamiere smaltate funzionalizzate con polveri nano strutturate per attivare processi ossido riduttivi di inquinanti gassosi presenti nei fumi di centrali termoelettriche” in una Convenzione di Ricerca con il Dipartimento di Fisica, 2010-11;
• ho svolto attività di trasferimento alle imprese del territorio (mediamente 200 ore-uomo/anno dal 2010 al 2013) nel Tecnopolo Terra&AcquaTech: laboratorio per la sostenibilità, l’integrazione e la produttività dei processi e dei sistemi idro-agro-ambientali;
• sono stato coordinatore di unità del progetto “Dispositivi fotovoltaici nanostrutturati e a film sottile per uso in sistemi a concentrazione con separazione spettrale” FIRB 2008 RBFR08P44S (Linea d'intervento 2) Futuro in Ricerca 2008 (gennaio 2010-marzo 2013);
• sono stato responsabile scientifico di una convenzione di ricerca con Automobili Lamborghini S.p.a. nel 2012-13 intitolata: “studio di fattibilità riguardante un metodo di separazione fra differenti specie di gas emessi dallo scarico di un motore alimentato a bio-etanolo utilizzando come rivelatori sensori di gas a ossidi metallici semiconduttori (MOX)”;
• attività di supervisione delle caratterizzazioni elettriche in laboratorio per il contratto tra ENI Ricerche e Dipartimento di Fisica e Scienze della Terra dal titolo: “Caratterizzazione elettrica di materiali ECS” (dal 2012);
• Affidamento da parte del Consiglio di Amministrazione dell'Università di Ferrara (nomina CdA 13.7.2010 e riallineamento durata con CdA 29.4.2015) di ricerca scientifica come membro della Società consortile Proambiente con il CNR di Bologna e con piccole e medie imprese della Regione Emilia Romagna nel campo della prevenzione e rimedio ambientale. fino al novembre 2015;
• responsabile del progetto POR-FESR 2007-2013, Attività I.1.1 –Realizzazione di studi di fattibilità funzionali alla presentazione di progetti nell’ambito del programma HORIZON 2020 (DGR 22/2014) Approvato il finanziamento per lo studio di fattibilità: “Breath Electronic Analyzer for Tobacco Consumers Observation and Prevention of Diseases”; 2014.
• responsabile scientifico insieme al Prof. Anania, del progetto “Analisi di metaboliti tumorali per mezzo di sensori nanostrutturati, da colture cellulari e tessuti umani, a fini di screening oncologico” finanziato dalla Camera di Commercio di Ferrara, 2016.
• responsabile scientifico del piano di lavoro progettuale Bando di ricerca sanitaria 2016-Programma 5 per mille anno 2014:” Dispositivo a base di sensori di composti organici volatili per lo screening del cancro al colon-retto: validazione clinica, raccolta dati e loro disseminazione” del valore di 100 mila euro finanziato al 50% dalla LILT(Lega Italiana Lotta ai Tumori). Finanziamento anni 2017-2018.
• responsabile scientifico del progetto approvato dal Comitato Etico Unico di Ferrara dal titolo: “Valutazione dell’accuratezza della determinazione di composti organici volatili quali biomarker di neoplasia colo-rettale nelle feci di soggetti FOBT-positivi sottoposti a colonscopia” durata 2016-2019.
• Responsabile scientifico del progetto dal titolo “Startup per la realizzazione e distribuzione di dispositivi per lo screening tumorale basati su sensori nanostrutture chemoresistive” POR FESR 2014-2020. BANDO PER IL SOSTEGNO ALLE START UP INNOVATIVE IN ATTUAZIONE DELL'ATTIVITA' 1.4.1.
• Progetto con la clinica Quisisana di Ferrara dal titolo "Applicazione di un dispositivo di prescreening del cancro al colon-retto, basato su sensori di gas", 2021-2022.
Oltre ai sopracitati ruoli di coordinamento in progetti di ricerca, sono stato presidente e membro interno di numerose commissioni per il conferimento di assegni di ricerca, borse di studio e contratti a progetto.
RUOLI EDITORIALI
• Sono referee di numerose riviste scientifiche, tra cui: Sensors and Actuators B-Chemical, Materials Science and Engeneering, Measurements Science Technology, JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY, Chemical Physics Letters, Journal of Physics: Condensed Matter, Analytical Letters, ACS Applied Materials & Interfaces, Applied Surface Science, Material Research Bullettin, Materials Chemistry and Physics, Physica Status Solidi, Physica Scripta, Journal of Physics D: Applied Physics, Thin Solid Films, Journal of Applied Physics, European Physical Journal Applied Physics, Physical Chemistry; International Journal of Emerging Technologies in Learning (iJET), Materials Research Bulletin.
• dal 2011 membro dell’editorial board della rivista ISRN Nanotechnology;
• dal 2011 membro dell’editorial board della rivista Modern Istruments (MI);
• dal 2012 membro dell’editorial board della rivista International Journal of Material and Mechanic Engineering;
• dal 2013 membro dell’editorial board della rivista Instrument Science;
• dal 2013 membro dell’editorial board della rivista Precision Instrument and Mechanology (PIM);
• dal 2014 membro dell’editorial board della rivista Evolving Trends in Engineering & Technology (Oxford University Press);
• dal 2018 editor di CPQ Microbiology
• dal 2018 editor di International Journal of Engineering and Technologies
• Iscritto all’Albo dei Revisori MIUR dal 2010 a oggi.
BREVETTI E CODICI
• M. Lezziero, C. Malagù, A. Parretta, M. Stefancich, Brevetto n. BO2009A000703 “Dispositivo per la misure del grado di polarizzazione della luce solare diffusa"
• M. Lezziero, C. Malagù, A. Parretta, "Codice "SKYPOL1" per la gestione di un polarimetro", richiesta di registrazione alla SIAE, Registro Pubblico Speciale per i Programmi per Elaboratore, Numero progressivo 007192, Ordinativo D006420, 25 Maggio 2009;
• Cesare Malagù, Alessio Giberti, Sandro Gherardi, Andrea Gaiardo, Giulia Zonta, Nicolò Landini brevetto n. RM2014A000595 “Dispositivo per lo screening preliminare di adenomi al colon-retto”. E’ stata inoltre accolta la domanda di Brevetto Europeo per tale dispositivo (attualmente internazionalizzato in Germania e Regno Unito, con numero di brevetto europeo: 3210013);
• Cesare Malagù, Gabriele Anania, Giorgio Rispoli, Barbara Fabbri, Alessio Giberti, Sandro Gherardi, Andrea Gaiardo, Nicolò Landini, Lucia Scagliarini, Giulia Zonta, brevetto n. 102015000057717 “COMBINAZIONE DI MATERIALI SEMICONDUTTORI NANOPARTICOLATI PER USO NEL DISTINGUERE CELLULE NORMALI DA CELLULE TUMORALI”;
• socio fondatore della startup innovativa SCENT S.r.l., (SemiConductor based Electronic Network for Tumors) da Aprile 2015 iscritta alla CCIA di Ferrara e diventata azienda nel 2020.
PREMI, DONAZIONI E FESTIVAL
• Premio Sapio 2008: “Concentrazione solare e separazione spettrale per sistemi fotovoltaici di nuova generazione” (team di progetto: D. Vincenzi, C. Malagù, A. Antonini, S. Baricordi);
• il progetto “Fotovoltaico a concentrazione e separazione spettrale abbinata a supporti virtuali di germanio su silicio” è stato selezionato a livello nazionale tra i dieci progetti presentati a “L’energia spiegata” Festival dell’Energia di Lecce (20-23/05/2010);
• vincitore (ex aequo) del Festival della Ricerca a Ferrara (24 settembre 2010), con la ricerca dal titolo: “Unpinning of the Fermi level and tunneling in metal oxide semiconductors”;
• sono stato beneficiario di una donazione, erogata dalla Federazione Nazionale Cavalieri del Lavoro – Gruppo Emiliano Romagnolo, per un assegno di ricerca/borsa di studio finalizzati ad attività dal titolo: “Fotovoltaico a concentrazione e separazione spettrale abbinata a supporto virtuali di germanio su silicio” (2010);
• vincitore (ex aequo) del Festival della Ricerca a Ferrara 24 Settembre 2011 nel gruppo del Dr. Donato Gemmati per la ricerca dal titolo: “Estensibilità ed Elasticità delle fibre di fibrina in presenza di un particolare cross-linker: potenziale utilizzo terapeutico nelle malattie cardiovascolari”;
• primo premio UnifeCup 2013 - trasferimento Tecnologico di UNIFE “call for ideas” con una startup dal titolo: SCENT, “Realizzazione di un dispositivo portatile per la diagnosi del cancro al colon-retto”;
• vincitore della prima fase del bando StartCup2014- il progetto “SemiConductor-based Electronic Network for Tumors” è risultato primo (a pari merito con altre 5 idee progettuali) su 120 progetti presentati in regione Emilia Romagna;
• vincitore del premio internazionale Premio Franci@INNOVazione Start-Up dell’Ambasciata di Francia, consegna del premio 2 Febbraio 2015 Palazzo Farnese- Roma;
• vincitore del primo premio INNOVAMI 2015, UNA NUOVA IDEA DI IMPRESA per la migliore idea imprenditoriale con la start-up Scent S.r.l. (valore 11.500 Euro);
• vincitore del premio Marzotto 2015 per l’innovazione tecnologica con la startup Scent S.r.l. (valore 300.000 Euro).
• sono stato beneficiario di una donazione, erogata dalla Lega Italiana per la Lotta contro i Tumori (LILT), per il cofinanziamento del dottorato dal titolo: “Sensori chemoresistivi per lo studio di campioni fecali e linee cellulari per la rivelazione di composti volatili indicatori di tumori” (2017);
• premio Cambiamenti CNA Ferrara 30 ottobre 2017.
• Riconoscimento CNA Ferrara per la finale regionale del Premio Cambiamenti 2018.
• Terza posizione al premio Unicredit Start Lab 2019, commissione Life Science, 6 giugno 2019, presso l'UniCredit Tower – Milano.
PRESENTAZIONI A CONFERENZE
1. C. Malagù, “Mechanisms of response of chemoresistive gas sensors applied to colorectal cancer screening” 3rd International Conference on Sensors Engineering and Electronics Instrumentation Advances (SEIA' 2017), 20-22 September 2017, Moscow, Russia.
2. C. Malagù et al. “Screening per la prevenzione e la diagnosi precoce dei tumori al colon-retto mediante FOBT e sensori di gas” GISCOR, XI Convegno Nazionale, Firenze 10-11 novembre 2016.
3. C. Malagù et al. “Devices for screening and monitoring of tumors based on chemoresistive sensors” EUROSENSORS 2016 - XXX edition-September 4 - 7, 2016, Budapest, Hungary.
4. C. Malagù et al. “Intra-grain oxygen diffusion influence on conductivity of polycrystalline semiconducting compounds” IMCS XV- 16-19 Marzo 2014, Buenos Aires, Argentina;
5. B. Fabbri, S. Gherardi, A. Giberti, V. Guidi, C. Malagù “Sensing of Gaseous Malodors in Landfills and Waste Treatment Plants” AMA Conference 2013 14-16 May 2013 Nürnberg Exhibition Centre, Germany;
6. C.Malagù, A. Giberti, V. Guidi, “Spectroscopic and electrical evidence of transition to nanostructured behaviour in SnO2” IMCS 2012 - The 14th International Meeting on Chemical Sensors May 20 - 23, 2012, Nürnberg/Nuremberg, Germany;
7. Cesare Malagù “Tunneling through surface barrier and oxygen in-diffusion in nanostructured SnO2 gas sensors” (ISOEN 2011) May 2-5, 2011 Rockefeller University New York City, USA.
8. Cesare Malagù, Alessio Giberti “Conductivity of nanostructured tin oxide modulated by intergrain oxygen diffusion” AISEM 2011- Rome, 7-9 February 2011;
9. Cesare Malagù “Surface states and oxygen in-diffusion in nanostructured SnO2” Solid State Surface and Interfaces 22-25 Nov. 2010, Smolenice (Slovacchia);
10. C. Malagù, M.C. Carotta, C.M. Aldao, M.A. Ponce and G. Martinelli “Tunneling through surface barrier and modified mass action law in nanostructured metal oxide semiconductors.” Semiconductor Gas Sensors 7th, 12-16 settembre 2010 Krakov (PL);
11. C.Malagù, A. Giberti, V. Guidi, M.C. Carotta and G. Martinelli “conductance variation under UV: a surface barrier modification” AISEM 2010, Messina , 8-10 Febbraio 2010;
12. C. Malagù, C.M. Aldao, M.C. Carotta, M.S. Castro, M.A. Ponce and G. Martinelli “Tunneling and thermionic contributions to conductivity in nanostructured SnO2” Semiconductor Gas Sensors-6th International Workshop-Zakopane, Antałówka Conference Centre - Poland September 14-19, 2008;
13. C. Malagù, M.Ponce, G. Martinelli and C.M. Aldao, “Field assisted thermionic emission in polycrystalline SnO2” AISEM 2008, Roma, 19-21 February 2008;
14. IMCS 2006, Brescia, 16th-19th July 2006;
15. C. Malagù, M.C. Carotta, A. Giberti, V. Guidi, S. Morandi and G. Martinelli “Impedance spectroscopy on WO3 and MoO3-WO3 thick-film gas sensors” Electroceramics X, Toledo (Spain), 19-22 June 2006;
16. C. Malagù, M. Benetti, M.C. Carotta, A. Giberti, V. Guidi, L. Milano and G. Martinelli “Investigation of the humidity effects on SnO2-based sensors in CO detection” MRS Spring Meeting, San Francisco (USA), 17-21 April 2006;
17. C. Malagù, M.C. Carotta, S. Morandi, G. Ghiotti, S. Gherardi, A. Giberti, G. Martinelli “surface barrier modulation of MOO3-WO3 thick films for NO2 detection.” Eurosensors XIX, Barcelona, Spain, 10-13 September 2005;
18. AISEM 2005, Firenze, 15-17 February 2005;
19. C.Malagù, M.C. Carotta, A. Giberti, V. Guidi, L. Milano, M. Piga, and G. Martinelli “Dependence of response of SnO2 based thick film gas sensors on flow rate” Eurosensors XVIII, September 13-15, 2004 Italy – Rome;
20. C. Malagù, M. C. Carotta, S. Gherardi, V. Guidi, B. Vendemiati and G. Martinelli “AC measurements and modelling of WO3 thick film gas sensors” IMCS 2004, 11-14 July 2004, Tsukuba, Japan;
21. AISEM 2004, Ferrara, 8-11 February 2004;
22. C.Malagù, M.C. Carotta, V.Guidi, G. Martinelli, H. Fissan, F.E. Kruis, M.K.Kennedy, T.G.G. Maffeis, G.T. Owen, and S.P. Wilks, “Evidence of band bending flattening of 10 nm polycrystalline SnO2 using scanning tunnelling microscopy/spectroscopy techniques” Eurosensors XVII September 21 - 24, 2003 Guimarães-Portugal;
23. C.Malagù, M.C. Carotta, V. Guidi, M.K.Kennedy, G. Martinelli, T.G.G. Maffeis, G.T. Owen, S.P. Wilks, “Surface state density decrease in nanostructured polycrystalline SnO2: modelling and evidence via Scanning tunneling spectroscopy and electrical characterisation” E-MRS 2003 Spring Meeting June 10-13, 2003 - Strasbourg (France);
24. C. Malagù, M.C. Carotta, M. Ferroni, S. Gherardi, A. Giberti, V. Guidi, and G. Martinelli, “Model for the Schottky barrier height and the surface state density in SnO2 and TiO2 thick-film gas sensors” AISEM 2002, Trento, 12-14 February 2003;
25. C. Malagù, M.C. Carotta, V. Guidi, M. Stefancich and G. Martinelli, “Surface state density in nanostructured thick-film SnO2 and TiO2 sensors” IMCS 2002, Boston (USA) 7-10 July 2002;
26. C. Malagù, G. Martinelli and M. C. Carotta, “Relation between the Debye length and the depletion depth in nanostructured sensing materials”, AISEM 2001, Pisa, 3-7 February 2001;
27. C. Malagù, M. C. Carotta and G. Martinelli, “Relation between the Debye length and the depletion depth in nanostructured sensing materials”, 19th European Conference on Surface Science, Madrid, Spain, September 5 - 8, 2000;
28. C. Malagù, M.C. Carotta, G. Martinelli, “A theoretical model for band bending in a p-n junction, applied to the nanostructured particles of Thick-Film sensors”, INFMeeting, Genova, 12-16 June 2000;
29. Eurosensors XII, 13-16 September 1998, Southampton.
RELAZIONI SU INVITO
1. Invited Chairman at “XXXVII International Symposium on Dynamical Properties of Solids (DyProSo2019)” Ferrara 8-12 settembre 2019.
2. Cesare Malagù “Sensori nanostrutturati per la rivelazione di composti organici volatili di interesse oncologico” FERRARA CITTA’ DELLA PREVENZIONE, Nuovo Polo Biomedico ‘Mammuth’ Via Luigi Borsari, 12- 12 OTTOBRE 2017.
3. Cesare Malagù at “Sensors for Sustainable Life Quality: From Environmental Monitoring to Cancer Screening”, invited seminar at COMMUNICATING SUSTAINABILITY, University Institute for Higher Studies - IUSS - Ferrara 23-27 MAY 2016.
4. Cesare Malagù “Non oxide semiconductors to reduce oxygen in and out-diffusion: characterizations and applications as gas sensors” invited at The International Workshop on Semiconductor Gas Sensors (SGS 2015), 16-19 December 2015 Zakopane (Poland);
5. Cesare Malagù “Transport mechanisms in polycrystalline tin oxide: field-assisted and thermionic emission, intra-grain oxygen diffusion and non parabolic barriers.” Invited at The International Workshop on Semiconductor Gas Sensors (SGS 2012), 11-15 September 2012 Cracow;
6. Cesare Malagù Invited Chairman at Zeroemission 2011, 14-16 September 2011, Rome. “The seasons of solar energy: CPV efficiency and competitiveness” Opening of the session and introduction by the Chair;
7. Cesare Malagù “L’illusione del fotovoltaico?” Relazione su invito al convegno “Smart City/Città creativa: idee in movimento” Sala Polivalente-Regione Emilia-Romagna, Viale Aldo Moro 50, Bologna 24 giugno 2011;
8. Cesare Malagù “Fotovoltaico a concentrazione con separazione spettrale.” Seminario su invito tenuto in occasione di: OIKOS Fonti di energia e tecnologie di conversione Ferrara, 14 marzo 2011, Nuovi Istituti Biologici;
9. Invited seminar “CO sensors based on WO3 nanoparticles” at the Universitad Nacional de Mar del Plata-Facultad de Ingegneria-Departamento de Fisica, October 2007;
10. Invited Chairman at AISEM 2006, Lecce, 8-10 February 2006;
11. Invited seminar “Some steps in Poisson’s equation solution in n-type semiconductors” at Institut für Physikalische und Theoretische Chemie University of Tuebingen November 2004;
12. Invited seminar “Model for the Schottky barrier and built-in potential in n-type metal-oxyde semiconductors”. Sensor and Interface Laboratory University of Wales-Swansea January 2003.
