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.