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CHIMICA FISICA DEI MATERIALI INNOVATIVI

CODICE 39621
ANNO ACCADEMICO 2022/2023
CFU 4 cfu al 1° anno di 9018 SCIENZE CHIMICHE (LM-54) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE CHIM/02
LINGUA Italiano
SEDE GENOVA (SCIENZE CHIMICHE )
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.
  • 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)

FEDERICO LOCARDI

LEZIONI

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

L'esame orale consisterà in domande attinenti gli argomenti trattati durante le lezioni frontali. Lo studente può a sua libera scelta portare, come parte dell'esame, un approfondimento su di un argomento del programma. La prova orale 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.