OBIETTIVI FORMATIVI

Conoscenza di base delle proprietà chimiche e fisiche dei materiali coniugati a base molecolare e polimerica, nonché del loro utilizzo in dispositivi optoelettronici organici (sensori, transistor, led o celle fotovoltaiche).

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Comprensione delle proprietà elettroniche dei polimeri coniugati e del loro legame con le proprietà chimiche e supramolecolari. Conoscenza delle principali tecniche spettroscopiche di caratterizzazione dei materiali coniugati e dei principi fotofisici. Conoscenza dei principi di funzionamento di dispositivi basati su materiali polimerici e molecolari coniugati.

MODALITA' DIDATTICHE

lezioni frontali: ~40 h

esercitazioni in aula: ~4 h

esercitazioni in laboratorio:~ 4 h

Metodi di valutazione

Orale, tipicamente discussione di un elaborato (relazione scritta o presentazione power-point) preparato dallo studente su un argomento di sua scelta

PROGRAMMA/CONTENUTO

Le lezioni frontali riguarderanno i seguenti argomenti:

Molecole e polimeri con sistemi di elettroni p-coniugati estesi. Lunghezza di coniugazione: potenziale di ionizzazione, affinità elettronica e gap HOMO-LUMO dall’etilene al poliene. [Stati elettronici del poliene infinito: il metodo di Huckel per la catena isolata e per macromolecole interagenti]. Dimerizzazione e distorsione di Peierls: sistemi metallici e semiconduttori. Polimeri coniugati conduttori: drogaggio e applicazioni. Il trasporto di carica in polimeri semiconduttori e metallici. Spettroscopia di sistemi coniugati: [transizioni elettroniche], principio di Frank-Condon [e struttura vibronica degli spettri elettronici], fluorescenza e tempi di vita, eccitoni di singoletto e tripletto, il diagramma di Jablonski, fotofisica. Sintesi delle principali famiglie di polimeri coniugati (poliacetilene, politiofene, poli(p-fenilenevinilene). Funzionalizzazione delle proprietà chimiche e fisiche di sistemi coniugati (solubilità, potenziale di ionizzazione, affinità elettronica). Struttura supramolecolare dei polimeri coniugati ed effetti dell’aggregazione allo stato solido. Tecniche di orientazione di polimeri coniugati e anisotropia delle proprietà ottiche ed elettroniche. Principi di funzionamento di dispositivi basati su molecole e polimeri coniugati: sensori, dispositivi per ottica non lineare, OLED, PLED, OTFT, celle fotovoltaiche. Effetti della struttura supramolecolare sulle proprietà elettroniche fondamentali e dei dispositivi.

Le esercitazioni prevedono:

[calcolo della struttura elettronica del poliacetilene (1D e 3D).] Preparazione di soluzioni e film di polimeri coniugati mediante spin- e drop-casting. Spettroscopia di trasmissione, riflessione e fotoluminescenza di polimeri coniugati in soluzione (liquida e solida) e allo stato solido.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Testi di riferimento

• Appunti del corso (D. Comoretto)
• Reviews su riviste internazionali
• M. Pope and C. Swemberg “Electronic processes in organic crystals and polymers”, Oxford Sci Publ. New York 1999.
• M. Klessinger and J. Michl “Excited states and photochemistry of organic molecules”, VCH, New York 1995.

• J.B. Birks “Photophysics of Aromatic Molecules”, Wiley monographs in chemical physics, 1970.