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MATERIALI FUNZIONALI E STRUTTURALI INORGANICI

CODICE 65193
ANNO ACCADEMICO 2020/2021
CFU
  • 6 cfu al 1° anno di 9017 SCIENZA E INGEGNERIA DEI MATERIALI (LM-53) - GENOVA
  • 6 cfu al 2° anno di 9017 SCIENZA E INGEGNERIA DEI MATERIALI (LM-53) - GENOVA
  • 6 cfu al 2° anno di 9018 SCIENZE CHIMICHE (LM-54) - GENOVA
  • 6 cfu al 1° anno di 9018 SCIENZE CHIMICHE (LM-54) - GENOVA
  • SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE CHIM/03
    LINGUA Italiano
    SEDE
  • GENOVA
  • PERIODO 2° Semestre
    MATERIALE DIDATTICO AULAWEB

    OBIETTIVI E CONTENUTI

    OBIETTIVI FORMATIVI

    L’insegnamento proposto intende fornire allo studente una panoramica aggiornata nel campo dei materiali funzionali inorganici con particolare riferimento alle tecniche di sintesi e processo, alle tecniche per la modifica controllata di materiali ed alle loro applicazioni più attuali. Introduction to processes for the preparation and modification of functional inorganic materials. Properties of the synthesized materials and their applications.

    MODALITA' DIDATTICHE

    Metodi tradizionali

    PROGRAMMA/CONTENUTO

    Principali tecniche di sintesi di materiali policristallini ed amorfi. Cinetica e meccanismo delle reazioni allo stato solido. Sintesi ceramica. Reazioni epitattiche e topotattiche. Metodo di sintesi per co-precipitazione e metodo dei precursori. Sintesi in flusso di metallo fuso. Sintesi meccanochimica. Processo di sinterizzazione. Sintesi di ceramici classici. Sintesi combustiva. Sintesi idrotermale. Sintesi con microonde. Processo di precipitazione: modello di LaMer. Processo sol-gel. Precursori e reazioni di idrolisi e condensazione; parametri influenzanti il processo. Invecchiamento e tecniche di essiccamento del gel. Aerogel. Esempi di sintesi di materiali mediante tecnica sol-gel.

    Crescita di cristalli singoli di materiali funzionali: Principali materiali utilizzati come semiconduttori. Metodi di crescita dei cristalli singoli: crescita di cristalli singoli di Si con il processo Czochralski. Produzione di wafer di Si drogati P e N. Crescita cristalli singoli tramite “zone refinement”. Crescita con metodo Bridgman per GaAs.  

    Tecniche di deposizione a film sottile. Processi di evaporazione e trasporto. Tasso di deposizione in PVD. Step coverage. Fasi e processi di deposizione. Crescita epitassiale. Tipologie diverse di matching. Substrati comunemente utilizzati. Eteroepitassia nei semiconduttori. Tecniche di crescita epitassiale (LPE, VPE, MOCVD, MBE). Fasci energetici: fasci elettronici, arco catodico ed anodico, laser pulsato, sputtering ionico. Chemical-vapor deposition (CVD) e confronto con PVD. Trasporto dei gas, reattori e tipiche reazioni globali utilizzate. Precursori. Deposizione di silice.

    Materiali ibridi inorganici-organici; entrapping e grafting. Caratteristiche e proprietà dei composti di intercalazione. Sintesi di composti di intercalazione con esempi. Fenomeno di pillaring. Layer a diversa carica o neutri. Composti di intercalazione: a base di grafite, calcogenuri metallici, LixCoO2, LixMn2O4. Idrotalciti.

    Caratteristiche e metodi di sintesi di materiali nanostrutturati.

    Esempi di materiali funzionali:

    Materiali a memoria di forma (leghe e materiali ceramici). Principi base delle transformazioni martensitiche. Meccanismi dell’effetto a memoria di forma e della superelasticità. Varie leghe a memoria di forma con speciale enfasi su Ti-Ni. Applicazioni varie come attuatori e smart materials. Leghe a memoria di forma ferromagnetiche.

    Materiali per celle a combustibile. Vantaggi e svantaggi ed influenza sull'efficienza nei diversi tipi di celle a combustibile: Alkaline Fuel Cell. Proton Exchange Membrane Fuel Cells, Phosphoric Acid Fuel Cells, Molten Carbonate Fuel Cells, Solid Oxide fuel Cells.

    LED (light emitting diodes): Materiali utilizzati come LED. Dai LED-IR ai LED visibile. Un esempio dell’importanza delle tecniche di deposizione di film sottili: la costruzione del LED blu

    Materiali inorganici per il fotovoltaico di prima, seconda e terza generazione.

    Materiali termoelettrici: Effetto Seebeck ed effetto Peltier. Figura di merito zT. Moduli termoelettrici. Ottimizzazione della figura di merito.

    Materiali piezoelettrici: Piezoelettricità e simmetria cristallina. Titanato zirconato di piombo e altri materiali perovskitici. Campi di applicazione.

    Batterie a ioni Li e supercapacitori. Metodi di stoccaggio dell’energia: Batterie ad ioni Li e Supercapacitori. Rocking Chair di ioni Li. Scelta degli elettrodi per Li-ion. Principi di funzionamento dei supercapacitori e materiali di utilizzo.

     

    TESTI/BIBLIOGRAFIA

    Synthesis of Inorganic Materials, U.Schubert, N.Hüsing, Wiley-VCH, 2012

    Basic Solid State Chemistry, A.R.West, Wiley-VCH, 1984

    Solid State chemistry, Anthony R. West, J. Wiley e Sons 1990

    DOCENTI E COMMISSIONI

    Commissione d'esame

    MAURO GIOVANNINI (Presidente)

    GABRIELE CACCIAMANI

    PAOLA RIANI (Presidente Supplente)

    LEZIONI

    INIZIO LEZIONI

    Dal 01 marzo 2021 (secondo l'orario riportato sul sito http://www.chimica.unige.it/didattica/Home_SC  e/o  https://corsi.unige.it/9018  ) 

    Orari delle lezioni

    L'orario di tutti gli insegnamenti è consultabile su EasyAcademy.

    ESAMI

    MODALITA' D'ESAME

    La valutazione consiste nella verifica accurata, nel corso di un esame scritto e di uno orale di almeno 15 minuti ciascuno, del raggiungimento degli obiettivi formativi dell'insegnamento

     

     

    MODALITA' DI ACCERTAMENTO

    Ogni docente valuta se e in quale grado sono stati raggiunti dallo studente i risultati di apprendimento attesi in base agli obiettivi formativi (conoscenza di base delle tecniche di sintesi e di processo nei materiali). In caso contrario lo studente è invitato ad approfondire lo studio avvalendosi anche di ulteriori spiegazioni da parte dei docenti.

    Calendario appelli

    Data Ora Luogo Tipologia Note
    01/02/2021 09:30 GENOVA Laboratorio
    12/02/2021 09:30 GENOVA Laboratorio
    14/06/2021 09:30 GENOVA Laboratorio
    25/06/2021 09:30 GENOVA Laboratorio
    22/07/2021 09:30 GENOVA Laboratorio
    31/08/2021 09:30 GENOVA Laboratorio
    13/09/2021 09:30 GENOVA Laboratorio