ID:
4202
Durata (ore):
42
CFU:
6
Url:
CHIMICA/materiali molecolari e nanotecnologia Anno: 1
Anno:
2023
Dati Generali
Periodo di attività
Secondo Semestre (24/02/2024 - 31/05/2024)
Syllabus
Obiettivi Formativi
Il corso si propone di fornire un inquadramento sistematico dello stato dell’arte dei nanomateriali per quanto attiene le tecnologie di sintesi (bottom-up and top-down), produzione e proprietà, dando enfasi alle peculiarità di comportamento che derivano al materiale dalla nanostrutturazione.
Prerequisiti
Lo studente deve avere conoscenza di base di chimica inorganica, organica e di chimica fisica.
Testi
Materiale fornito dal docente.
• Introduction to Nanoscience and Nanomaterials. Dinesh C Agrawal (World Scientific)
• Nanostructures and Nanomaterials. Guozhong Cao, Ying Wang (World Scientific)
• Synthesis of Inorganic materials, II.Ed. Ulrich Schubert, Nicola Husig (Wiley-VCH)
• Introduction to Nanoscience and Nanomaterials. Dinesh C Agrawal (World Scientific)
• Nanostructures and Nanomaterials. Guozhong Cao, Ying Wang (World Scientific)
• Synthesis of Inorganic materials, II.Ed. Ulrich Schubert, Nicola Husig (Wiley-VCH)
Contenuti
Classificazione dei materiali. Classificazione dei materiali nanostrutturati, dimensionalità dei nanomateriali (nanoparticles, quantum -dots, -well, -wire). Proprietà derivanti dalle dimensioni (punto di fusione, risonanza plasmonica di superficie), proprietà di superficie (effetto loto, etc), proprietà derivanti da confinamento quantico (eccitone di Bohr, super -elasticità, -conducibilità, - magnetismo. Effetto tunnel. Tecniche di caratterizzazione. Approccio top-down e bottom-up di sintesi dei nanomateriali. Polimeri nanostrutturati.
Programma esteso: Introduzione: Introduzione ai materiali. Classi di materiali (metallici, elementali, ceramici, etc.). I nanomateriali: una breve storia. Definizione di Nanoscienza, nanotecnologie e nanostrutture. I nanomateriali in natura (effetto foglie di loto, zampe di gechi, etc.).I nanomateriali e le loro
applicazioni.
nanomateriali.
nanostrutturati.
nanomateriali e confronto con le proprietà (ottiche, termiche, meccaniche, elettriche, etc.) dei materiali in bulk e delle molecole. Esempi.
Rischi e benefici derivanti dai Caratteristiche dei materiali Proprietà chimico fisiche dei
Ia parte: Approcci generali di sintesi: Approccio fisico “top down”(fotolitografia, metodi meccanici, etc.). Approccio chimico “bottom up”: “molecular autoassembling”, “atomic assembling”. Approccio termodinamico e cinetico.
IIa PARTE: Caratterizzazione dei materiali nanostrutturati.
Microscopia a sonda (AFM, STM, SNOM). Microscopia ottica ed elettronica (TEM, SEM, etc.). Spettroscopia
Classification of materials. Classification of nanostructured materials, dimensionality of nanomaterials (quantum-dots, -well, -wire). Properties deriving from dimensions (surface plasmon resonance, melting point), surface properties (lotus effect, etc), properties deriving from quantum confinement (Exciton of Bohr and Bohr exiciton radius, super-elasticity, -conductivity, - magnetism. Tunnel effect. Quantum capacitors. Characterization techniques. Top-down and bottom-up approach of synthesis of nanomaterials. Nanostructured polymers
Detailed program: Part Ia: Introduction to materials. Classes of materials (metallic, elemental, ceramic, polymeric, etc.). Nanomaterials: a brief history. Definition of Nanoscience, nanotechnologies and nanostructures. Nanomaterials in nature (lotus leaves effect, geckos legs, etc.). Nanomaterials and their applications. Benefits and risks of nanomaterials. Characteristics of nanostructured materials. Structural and physico-chemical properties of nanomaterials and comparison with those (optical, thermal, mechanical, electrical, etc.) of bulk materials and molecules. Examples.
General approaches to synthesis: Physical approach: "top down" (photolithography, mechanical methods, etc.; Chemical approach: "bottom up": "molecular autoassembling", "atomic assembling." Thermodynamic and kinetic approach.
PART IIa: Characterization of nanostructured materials. Probe microscopy (AFM, STM, SNOM). Optical and electron microscopy (TEM, SEM, etc.). Acoustic spectroscopy. X-ray diffraction (XPS, EXAFS, etc). Dynamic light scattering (DLS). Porosimetry etc.
Part IIIa: Classes, synthesis and properties of nanomaterials:
0-, 1-, 2-dimensionals nanomaterials.Metallic, ceramic, "quantum dots", hybrid organic / inorganic, meso and micro-structured (sol-
Materiali Nanostrutturati Nanostructured Materials
acustica. Diffrazione ai raggi X (XPS, EXAFS, etc). Diffusione dinamica della luce (DLS). Porosimetri etc. IIIa PARTE: Tipologie, sintesi, proprietà dei nanomateriali:O-, 1-, B- nano-dimensionali Metallici, ceramici, “quantum dots”, ibridi organici/inorganici, meso e microstrutturati. (sintesi sol-gel, condensazione da gas, termolisi, fotolisi, dispersione su supporti, decomposizione di precursori metallici, metodo delle micelle inverse, processi hydrothermal, sintesi templata, etc.) Film mono- e multi-strati. Tecniche di self-assembly (SAM), electrostatic self-assembly (ESA), spin coating e Langmuir-Blodgett
Elementali: carbon nanotubes. graphene etc. (Ablazione laser, CVD, Radio Frequency Magnetron sputtering, Scarica ad arco in vuoto (He, Ar), Scarica ad arco in liquido (H2O, N2, etc.) Aspetti applicativi (Celle solari, MEMs, chemosensori, drug delivery, macchine molecolari, etc.)
Esperienze di laboratorio: sintesi di nanoparticelle di SiO2 (metodo Stauber) and di N-TiO2
Programma esteso: Introduzione: Introduzione ai materiali. Classi di materiali (metallici, elementali, ceramici, etc.). I nanomateriali: una breve storia. Definizione di Nanoscienza, nanotecnologie e nanostrutture. I nanomateriali in natura (effetto foglie di loto, zampe di gechi, etc.).I nanomateriali e le loro
applicazioni.
nanomateriali.
nanostrutturati.
nanomateriali e confronto con le proprietà (ottiche, termiche, meccaniche, elettriche, etc.) dei materiali in bulk e delle molecole. Esempi.
Rischi e benefici derivanti dai Caratteristiche dei materiali Proprietà chimico fisiche dei
Ia parte: Approcci generali di sintesi: Approccio fisico “top down”(fotolitografia, metodi meccanici, etc.). Approccio chimico “bottom up”: “molecular autoassembling”, “atomic assembling”. Approccio termodinamico e cinetico.
IIa PARTE: Caratterizzazione dei materiali nanostrutturati.
Microscopia a sonda (AFM, STM, SNOM). Microscopia ottica ed elettronica (TEM, SEM, etc.). Spettroscopia
Classification of materials. Classification of nanostructured materials, dimensionality of nanomaterials (quantum-dots, -well, -wire). Properties deriving from dimensions (surface plasmon resonance, melting point), surface properties (lotus effect, etc), properties deriving from quantum confinement (Exciton of Bohr and Bohr exiciton radius, super-elasticity, -conductivity, - magnetism. Tunnel effect. Quantum capacitors. Characterization techniques. Top-down and bottom-up approach of synthesis of nanomaterials. Nanostructured polymers
Detailed program: Part Ia: Introduction to materials. Classes of materials (metallic, elemental, ceramic, polymeric, etc.). Nanomaterials: a brief history. Definition of Nanoscience, nanotechnologies and nanostructures. Nanomaterials in nature (lotus leaves effect, geckos legs, etc.). Nanomaterials and their applications. Benefits and risks of nanomaterials. Characteristics of nanostructured materials. Structural and physico-chemical properties of nanomaterials and comparison with those (optical, thermal, mechanical, electrical, etc.) of bulk materials and molecules. Examples.
General approaches to synthesis: Physical approach: "top down" (photolithography, mechanical methods, etc.; Chemical approach: "bottom up": "molecular autoassembling", "atomic assembling." Thermodynamic and kinetic approach.
PART IIa: Characterization of nanostructured materials. Probe microscopy (AFM, STM, SNOM). Optical and electron microscopy (TEM, SEM, etc.). Acoustic spectroscopy. X-ray diffraction (XPS, EXAFS, etc). Dynamic light scattering (DLS). Porosimetry etc.
Part IIIa: Classes, synthesis and properties of nanomaterials:
0-, 1-, 2-dimensionals nanomaterials.Metallic, ceramic, "quantum dots", hybrid organic / inorganic, meso and micro-structured (sol-
Materiali Nanostrutturati Nanostructured Materials
acustica. Diffrazione ai raggi X (XPS, EXAFS, etc). Diffusione dinamica della luce (DLS). Porosimetri etc. IIIa PARTE: Tipologie, sintesi, proprietà dei nanomateriali:O-, 1-, B- nano-dimensionali Metallici, ceramici, “quantum dots”, ibridi organici/inorganici, meso e microstrutturati. (sintesi sol-gel, condensazione da gas, termolisi, fotolisi, dispersione su supporti, decomposizione di precursori metallici, metodo delle micelle inverse, processi hydrothermal, sintesi templata, etc.) Film mono- e multi-strati. Tecniche di self-assembly (SAM), electrostatic self-assembly (ESA), spin coating e Langmuir-Blodgett
Elementali: carbon nanotubes. graphene etc. (Ablazione laser, CVD, Radio Frequency Magnetron sputtering, Scarica ad arco in vuoto (He, Ar), Scarica ad arco in liquido (H2O, N2, etc.) Aspetti applicativi (Celle solari, MEMs, chemosensori, drug delivery, macchine molecolari, etc.)
Esperienze di laboratorio: sintesi di nanoparticelle di SiO2 (metodo Stauber) and di N-TiO2
Corsi
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CHIMICA
Laurea Magistrale
2 anni
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