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CHIMICA FISICA DEI MATERIALI INNOVATIVI

CODICE 39621
ANNO ACCADEMICO 2021/2022
CFU
  • 4 cfu al 2° anno di 9018 SCIENZE CHIMICHE (LM-54) - GENOVA
  • 4 cfu al 1° anno di 9018 SCIENZE CHIMICHE (LM-54) - GENOVA
  • SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE CHIM/02
    LINGUA Italiano
    SEDE
  • GENOVA
  • PERIODO 2° Semestre
    MATERIALE DIDATTICO AULAWEB

    PRESENTAZIONE

    L'insegnamento introduce lo studente alla comprensione dei meccanismi chimico fisici alla base del funzionamento di materiali innovativi inorganici con proprietà optoelettroniche e di trasporto (elettroni, ioni, calore). 

    OBIETTIVI E CONTENUTI

    OBIETTIVI FORMATIVI

    L’insegnamento si propone di fornire allo studente una generale comprensione delle proprietà chimico fisiche di diverse classi di materiali inorganici innovativi per l’energia. Scopo dell’insegnamento è quello di fornire allo studente gli strumenti per comprendere le basi chimico fisiche e le correlazioni tra struttura, microstruttura e le proprietà di trasporto ed elettroniche esistenti in materiali inorganici che rappresentano l’attuale stato dell’arte per la conversione, l’immagazzinamento e l’harvesting dell’energia.

     

    OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

    L’insegnamento si propone di fornire allo studente una generale comprensione delle proprietà chimico fisiche di diverse classi di materiali inorganici innovativi per la conversione, l’immagazzinamento e l’harvesting dell’energia. Scopo dell’insegnamento è quello di fornire allo studente gli strumenti per comprendere le basi chimico fisiche e le correlazioni tra struttura, microstruttura e le proprietà di trasporto ed elettroniche esistenti in materiali inorganici per l’energia che rappresentano l’attuale stato dell’arte, quali quelli utilizzati ad esempio in LED, celle solari, celle a ossidi solidi e generatori termoelettrici.

    Al termine dell’insegnamento lo studente avrà sviluppato conoscenze nel campo della chimica fisica dei materiali per l’energia; avrà applicato e rielaborato concetti base precedentemente acquisiti nello studio della chimica fisica; sarà in grado di mettere in relazione le proprietà strutturali e le proprietà di trasporto dei materiali in alcuni casi semplici; avrà appreso i principi sui quali si basa il funzionamento dei principali dispositivi optoelettronici, elettrochimici allo stato solido e termoelettrici, e il ruolo dei materiali al loro interno; avrà compreso lo sviluppo del lavoro di ricerca alla base dell’ottimizzazione delle proprietà dei materiali studiati.

    PREREQUISITI

    Conoscenze di base di chimica inorganica e chimica fisica

    MODALITA' DIDATTICHE

    L'insegnamento si compone di lezioni frontali suddivise tra i due docenti per un totale di 32 ore.

    PROGRAMMA/CONTENUTO

    Introduzione

    • Strutture cristalline di interesse: la fluorite, la perovskite, la skutterudite.
    • I difetti e il loro ruolo nelle proprietà ottiche e di trasporto dei materiali: difetti puntuali, dislocazioni, difetti estesi.
    • Cenni sulla struttura a bande dei materiali inorganici.

    Le proprietà optoelettroniche dei materiali

    • Meccanismi di assorbimento, eccitazione ed emissione
    • Proprietà ottiche di alcuni metalli di transizione. Luminescenza dei lantanidi
    • Dal bulk al nano. Effetti di confinamento quantico (quantum well, quantum wire, quantum dot). 
    • Dispositivi. Funzionamento (cenni) e scelta del materiale più appropriato per celle solari, concentratori solari luminescenti (LSC), LED, schermi, scintillatori, laser.

    Le proprietà di trasporto dei materiali: trasporto di elettroni, di ioni e di calore

    • Le celle a ossidi solidi: cenni storici e principi di funzionamento
    • Materiali per elettrodi ed elettroliti in celle a ossidi solidi: correlazione tra struttura cristallina e proprietà
    • La termoelettricità: cenni storici e principi fisici alla base del fenomeno
    • Materiali per generatori termoelettrici: correlazione tra struttura cristallina e proprietà

    TESTI/BIBLIOGRAFIA

    Tutte le slides utilizzate saranno disponibili su aulaweb a partire dal giorno della lezione. 

    Tale materiale sarà sufficiente per la preparazione dell'esame.

    I libri sotto indicati sono suggeriti come testi di approfondimento:

    - M. Grundmann, The Physics of Semiconductors: an introduction including nanophysics and applications, IV Edition Springer 2021.

    - D.M. Rowe, Thermoeletrics handbook, Macro to Nano, CRC press Taylor & Francis 2006.

    DOCENTI E COMMISSIONI

    Commissione d'esame

    CRISTINA ARTINI (Presidente)

    MARCELLA PANI

    FEDERICO LOCARDI (Presidente Supplente)

    LEZIONI

    INIZIO LEZIONI

    Dal 28 Febbraio 2022 (secondo l'orario riportato sul sito https://chimica.unige.it/didattica/orari_SC  e/o https://corsi.unige.it/9018/p/studenti-orario)

    ESAMI

    MODALITA' D'ESAME

    L'esame consiste in una prova orale della durata minima di 30 minuti volta alla verifica dell'apprendimento degli argomenti trattati nell'insegnamento.

    MODALITA' DI ACCERTAMENTO

    I dettagli sulle modalità di preparazione per l'esame e sul grado di approfondimento di ogni argomento verranno dati nel corso delle lezioni. 

    L'esame orale verterà sugli argomenti trattati durante le lezioni frontali e avrà lo scopo di accertare sia il livello di conoscenze maturate dallo studente sia la capacità di analizzare criticamente i problemi relativi alla progettazione dei materiali oggetto dell'insegnamento

     

     

    Calendario appelli

    Data Ora Luogo Tipologia Note
    13/06/2022 09:00 GENOVA Orale
    30/06/2022 09:00 GENOVA Orale
    25/07/2022 09:00 GENOVA Orale
    02/09/2022 09:00 GENOVA Orale
    22/09/2022 09:00 GENOVA Orale